blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-5-542-548blackmet-2787Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESМинералогический и гранулометрический составы почв, формирующихся на поверхности железорудных хвостохранилищMineralogical and granulometric composition of soils formed on the surface of iron ore tailings dumpsБелановИ. П.BelanovI. P.

Иван Петрович Беланов, к.б.н., старший научный сотрудник Лаборатории рекультивации почв

Россия, 630099, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2

Ivan P. Belanov, Cand. Sci. (Biological)., Senior Researcher of the Laboratory of Soil Reclamation

8/2 Akademika Lav­rent’eva Ave., Novosibirsk 630099, Russian Federation

bel_ivan@rambler.ruШипиловаА. М.ShipilovaA. M.

Ася Максимовна Шипилова, к.с-х.н., доцент кафедры геологии, геодезии и безопасности жизнедеятельности

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Asya M. Shipilova, Cand. Sci. (Agricultural)., Assist. Prof. of the Chair of Geology, Geodesy and Life Safety

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

asya_nk77@mail.ruМезенцеваО. П.MezentsevaO. P.

Ольга Петровна Мезенцева, к.г.-м.н., доцент кафедры геологии, геодезии и безопасности жизнедеятельности

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Ol′ga P. Mezentseva, Cand. Sci. (Geol.-Mineralogical), Assist. Prof. of the Chair of Geology, Geodesy and Life Safety

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

mesentsevaop@yandex.ruИнститут почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАНРоссияInstitute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202420102024675542548Copyright © Беланов И.П., Шипилова А.М., Мезенцева О.П., 20242024Беланов И.П., Шипилова А.М., Мезенцева О.П.Belanov I.P., Shipilova A.M., Mezentseva O.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2787

Объектом исследования являются гидроотвалы складирования отходов первичного и вторичного обогащений железной руды (хвостохранилища). В ходе исследования получены данные минералогического состава образцов почвообразующей породы техногенных ландшафтов. Рассматриваемый показатель является одним из основных факторов почвообразования при изучении литологии на более низком иерархическом уровне. Минералогический состав оказывает влияние на содержание и соотношение в почвах элементов питания и токсикантов, процессы ионного обмена, устойчивость почв к деградации и общее плодородие почв. Он является матрицей формирования почв и регулирует трансформацию, миграцию и аккумуляцию в почве веществ, энергии и информации внешней среды и антропогенного воздействия. Гидроналивной способ складирования отходов оказывает влияние на пространственное распределение материала в хвостохранилищах. Прежде всего выделяется контрастное сложение по гранулометрическому составу из-за осаждения частиц в водных условиях под действием гравитационного поля. Скорость осаждения зависит от массы, размера, формы и плотности вещества частиц, вязкости и плотности среды, а также от ускорения, силы тяжести и действующих на частицы центробежных сил. Несмотря на значительное количество исследований по влиянию минералогического состава на развитие почв, данная проблема изучена недостаточно. Это определяет отсутствие общепринятых показателей скорости развития почв, формирующихся на техногенном минеральном субстрате, и степени накопления в таких почвах биофильных элементов.

Hydraulic dumps for storing waste from primary and secondary iron ore processing (tailings dumps) were selected as objects for research. In the course of the study, data on the mineralogical composition of soil-forming rock samples of technogenic landscapes were obtained. This indicator is one of the main factors of soil formation when considering lithology at a lower hierarchical level. The mineralogical composition influences the content and ratio of nutrients and toxicants in soils, ion exchange processes, soil resistance to degradation and overall soil fertility. The mineralo­gical composition is the matrix of soil formation and regulates the transformation, migration and accumulation of matter, energy and information of the external environment and anthropogenic impact in the soil. The hydraulic filling method of waste storage has an impact on the spatial distribution of material in tailings dumps. First of all, a contrasting addition in terms of granulometric composition is distinguished due to the deposition of particles in aqueous conditions under the influence of a gravitational field. The deposition rate depends on the mass, size, shape and density of the particle substance, viscosity and density of the medium, as well as on acceleration, gravity and centrifugal forces acting on the particles. Despite a significant amount of research on the effect of mineralogical composition on soil development, this problem was not sufficiently studied. This determines the absence of generally accepted indicators of the development rate of soils formed on a man-made mineral substrate and the accumulation degree of biophilic elements in such soils.

минералогический составпочвообразующие породыхвостохранилищепочвы техногенных ландшафтовгранулометрический составmineralogical compositionsoil-forming rockstailings dumpsoils of man-made landscapesgranulometric compositionReferencesСоколов И.А. Теоретическая проблема генетического почвоведения. Новосибирск: Наука; 2004:288.Sokolov I.A. Theoretical Problem of Genetic Soil Science. Novosibirsk: Nauka; 2004:288. (In Russ.).Фридланд В.М. Основные принципы и элементы базовой классификации почв и программа работ по ее созданию. Москва: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева; 1982:150.Friedland V.M. Basic Principles and Elements of Basic Soils Classification and Program for its Creation. Moscow: Soil. V.V. Dokuchaev Institute; 1982:150.Vassilev S.V., Vassileva C.G. Mineralogy of combustion wastes from coal-fired power station. Fuel Processing Technology. 1996;47(3):261–280. https://doi.org/10.1016/0378-3820(96)01016-8Vassilev S.V., Vassileva C.G. Mineralogy of combustion wastes from coal-fired power station. Fuel Processing Technology. 1996;47(3):261–280. https://doi.org/10.1016/0378-3820(96)01016-8Долинский В.А. Фабрики для обогащения железных руд. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ; 2007:144.Dolinskii V.A. Factories for Iron Ore Dressing. Novokuz­netsk: SibGIU; 2007:144. (In Russ.).Сазонов А.М. Оптическое определение породообразующих минералов. Красноярск: СФУ; 2017:100.Sazonov A.M. Optical Determination of Rock-Forming Mi­­ne­rals. Krasnoyarsk: SFU. 2017:100. (In Russ.).Gromoglasov A.A., Kopylov A.F., Pilschikov A.P. Water Preparation: Processes and Devices. Moscow: Energo­atomizdat; 1990:99.Gromoglasov A.A., Kopylov A.F., Pilschikov A.P. Water Preparation: Processes and Devices. Moscow: Energo­atomizdat; 1990:99.Подземные органы растений в травяных экосистемах / А.А. Титлянова, Н.П. Косых, Н.П. Миронычева-Токарева, И.П. Романова. Новосибирск: Наука; 1996:125.Titlyanova A.A., Kosykh N.P., Mironycheva-Tokareva N.P., Romanova I.P. Underground Plant Organs in Grass Ecosystems. Novosibirsk: Nauka; 1996:125. (In Russ.).Скрябина О.А. Минералогический состав почв и почвообразующих пород. Пермь: ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА»; 2010:120.Skryabina O.A. Mineralogical Composition of Soils and Soil-Forming Rocks. Perm: Permskaya GSKhA; 2010:120. (In Russ.).Андроханов В.А., Куляпина В.Д., Курачев В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 2004:50–51.Androkhanov V.A., Kulyapina V.D., Kurachev V.M. Soils of Man-Made Landscapes: Genesis and Evolution. Novosibirsk: Izd-vo SB RAS; 2004:50–51. (In Russ.).Carras J.N., Day S.J., Saghafi A., Williams D.J. Greenhouse gas emissions from low-temperature oxidation and spontaneous combustion at open-cut coal mines in Australia. International Journal of Coal Geology. 2009;78(2):161–168. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2008.12.001Carras J.N., Day S.J., Saghafi A., Williams D.J. Greenhouse gas emissions from low-temperature oxidation and spontaneous combustion at open-cut coal mines in Australia. Inter­national Journal of Coal Geology. 2009;78(2):161–168. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2008.12.001Deng Y., Flury M., Harsh J.B., Felmy A.R., Qafoku O. Cancrinite and sodalite formation in the presence of cesium, potassium, magnesium, calcium and strontium in Hanford tank waste simulants. Applied Geochemistry. 2006; 21(12):2049–2063. http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2006.06.019Deng Y., Flury M., Harsh J.B., Felmy A.R., Qafoku O. Cancrinite and sodalite formation in the presence of cesium, potassium, magnesium, calcium and strontium in Hanford tank waste simulants. Applied Geochemistry. 2006; 21(12):2049–2063. http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2006.06.019Ram L.C., Tripathi P.S.M., Mishra S.P. Mossbauer spectroscopic studies on the transformations of iron-bearing mine­rals during combustion of coals: Correlation with fouling and slagging. Fuel Processing Technology. 1995;42(1):47–60. https://doi.org/10.1016/0378-3820(94)00111-6Ram L.C., Tripathi P.S.M., Mishra S.P. Mossbauer spectroscopic studies on the transformations of iron-bearing mine­rals during combustion of coals: Correlation with fouling and slagging. Fuel Processing Technology. 1995;42(1):47–60. https://doi.org/10.1016/0378-3820(94)00111-6Reed S.J.B. Electron Microscope Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology. Cambridge University Press; 2005:206.Reed S.J.B. Electron Microscope Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology. Cambridge University Press; 2005:206.Манаков Ю.А. Нарушенные земли Кузбасса. Путь решения проблемы – фонд рекультивации. Промышленная экология. 2008;(4):29 – 34.Manakov Yu.A. The disturbed lands of Kuzbass. The way to solve the problem is the reclamation fund. Promyshlennaya ekologiya. 2008;(4):29–34. (In Russ.).Новоселов А.А. Индикаторы почвообразования на техногенных субстратах золоотвалов. Российский журнал прикладной экологии. 2019;(3(19)):46–50.Novoselov A.A. Indicators of soil formation on technogenic substrates of ash dumps. Rossiiskii zhurnal prikladnoi ekologii. 2019;(3(19)):46–50. (In Russ.).Querol X., Izquierdo M., Monfort E., Alvarez E., Font O., Moreno T., Alastuey A., Zhuang X., Lud W., Wang Y. Environmental characterization of burnt coal gangue banks at Yangquan, Shanxi Province, China. International Journal of Coal Geology. 2008;75(2):93–104. https://doi.org/10.1016/j.coal.2008.04.003Querol X., Izquierdo M., Monfort E., Alvarez E., Font O., Moreno T., Alastuey A., Zhuang X., Lud W., Wang Y. Environmental characterization of burnt coal gangue banks at Yangquan, Shanxi Province, China. International Journal of Coal Geology. 2008;75(2):93–104. https://doi.org/10.1016/j.coal.2008.04.003Finkelman R.B. Potential health impacts of burning coal beds and waste banks. International Journal of Coal Geo­logy. 2004;59(1-2):19–24. https://doi.org/10.1016/j.coal.2003.11.002Finkelman R.B. Potential health impacts of burning coal beds and waste banks. International Journal of Coal Geo­logy. 2004;59(1-2):19–24. https://doi.org/10.1016/j.coal.2003.11.002Uzarowicz Ł., Skiba S. Technogenic soils developed on mine spoils containing iron sulphides: Mineral transformations as an indicator of pedogenesis. Geoderma. 2011;163(1-2):95–108. http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.04.008Uzarowicz Ł., Skiba S. Technogenic soils developed on mine spoils containing iron sulphides: Mineral transformations as an indicator of pedogenesis. Geoderma. 2011;163(1-2):95–108. http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.04.008Uzarowicz Ł., Skiba S., Leue M., Zagórski Z., Gąsiński A. Technogenic soils (Technosols) developed from fly ash and bottom ash from thermal power stations combusting bituminous coal and lignite. Part II. Mineral transformations and soil evolution. Catena. 2018:62(1):255–259. http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2017.11.005Uzarowicz Ł., Skiba S., Leue M., Zagórski Z., Gąsiński A. Technogenic soils (Technosols) developed from fly ash and bottom ash from thermal power stations combusting bituminous coal and lignite. Part II. Mineral transformations and soil evolution. Catena. 2018:62(1):255–259. http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2017.11.005Warren C.J., Dudas M.J. Formation of secondary minerals in artificially weathered fly ash. Journal of Environmental Quality. 1985;14(3):405–410. https://doi.org/10.2134/JEQ1985.00472425001400030019XWarren C.J., Dudas M.J. Formation of secondary minerals in artificially weathered fly ash. Journal of Environmental Quality. 1985;14(3):405–410. https://doi.org/10.2134/JEQ1985.00472425001400030019XZevenbergen C., Bradley J.P., Van Reeuwijk L.P., Shyam A.K., Hjelmar O., Comans R.N.J. Clay formation and metal fixation during weathering of coal fly ash. Environmental Monitoring and Assessment. 1999;33(19):3405–3409. http://dx.doi.org/10.1021/es9900151Zevenbergen C., Bradley J.P., Van Reeuwijk L.P., Shyam A.K., Hjelmar O., Comans R.N.J. Clay formation and metal fixation during weathering of coal fly ash. Environ­mental Monitoring and Assessment. 1999;33(19):3405–3409. http://dx.doi.org/10.1021/es9900151Водяницкий Ю.Н. Соединения железа и их роль в охране почв. Москва: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева; 2010:155.Vodyanitskii Yu.N. Iron Compounds and Their Role in Soil Protection. Moscow: Pochv. in-t im. V.V. Dokuchaeva; 2010:155. (In Russ.).Дюкарев А.Г. Ландшафтно-динамические аспекты таежного почвообразования в Западной Сибири. Томск: Изд-во Научно-технической литературы; 2005:283.Dyukarev A.G. Landscape-Dynamic Aspects of Taiga Soil Formation in Western Siberia. Tomsk: Izd-vo Nauchno-tekhnicheskoi literatury; 2005:283. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.