СОВРЕМЕННОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ - С. В. Борзенко Институт природных ресурсов, экологии и...


^ СОВРЕМЕННОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ

СИСТЕМЕ БАРУН-НАРЫНСКОГО ХРАНИЛИЩА ОТХОДОВ ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЖИДИНСКОГО ВОЛЬФРАМО-МОЛИБДЕНОВОГО КОМБИНАТА

^ Г.А. Юргенсон1,2, О.К. Смирнова3, Е.Б. Меркулов4

1Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия, inrec.sbras@mail.ru

2Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет, Чита, Россия, yurgga@mail.ru

3Геологический институт СО РАН, Улан-Удэ, Россия, meta@gin.bscnet.ru

4Дальневосточный институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия, merkulov@ich.dvo.ru


MODERN MINERAL FORMATION IN THE NATURAL-TECNOGENESIS SYSTEM ON THE BARUN-NARYNSKOE DEPOSITORY OF REJECTIONS MINING INDUSTRY FROM THE DZHIDINSKI TUNGSTEN- MOLYBDENUM INTEGRATED INDUSTRIAL PLANT

^ G.A. Yurgenson1,2, O.K.Smirnova3, E.B.Merkulov4

1Institute of Natural Resources, Ecology and Criology SB RAS, Chita, Russia, inrec.sbras@mail.ru

2Zabaikalsky state humanitarian-pedagogical university, Chita, Russia, yurgga@mail.ru

3Geological institute SB RAS, Ulan-Ude, Russia, meta@gin.bscnet.ru

4Far Eastern institute of Chemical FAB RAS, merkulov@ich.dvo.ru


This article deals with the problem of modern mineral formation. It is connected with man-caused processes. Plants of mineral resource industry produce waste products changing natural environment.


Проблема современного минералообразования, связанного с геотехногенными процессами, протекающими в техногенных массивах, сложенных продуктами функционирования горнодобывающих предприятий, является актуальной как с позиций познания закономерностей миграции химических элементов и минералообразования, так и геотехногенного рудообразования и форм нахождения полезных компонентов в геотехногенных рудах. Кроме того, современное минералообразование из водотоков, дренирующих хвостохранилища, может быть индикатором самоочищения их на геохимических барьерах [2, 3].

Одним из примеров таких хвостохранилищ является Барун-Нарынское, образованное Джидинским вольфрам-молибденовым комбинатом, производившим с 30-х годов прошлого века молибденитовый и гюбнеритовый концентраты, законсервированным в 1997 г из-за отсутствия спроса на вольфрам вследствие разрушения ВПК страны во время перестройки. В результате деятельности комбината накоплено более 40 млн.т отходов обогатительного передела молибденитовых и сульфидно-гюбнеритовых руд. Большая часть их сосредоточена в Барун-Нарынском хвостохранилище. Оно формировалось намывным способом. Техногенные пески этого хвостохранилища дренируются одноименным ручьем, впадающим в р. Модонкуль – правый приток р. Джида, притока р. Селенга, питающей оз. Байкал (рис. 1).



Рис. 1. Схема расположения отходов обогащения сульфидно-вольфрамовых руд
Джидинских месторождений и точек отбора проб.

1 – селитебная зона г. Закаменск; 2 – промплощадки фабрик первичного дробления и флотогравитационного обогащения руд; 3 – хранилища отходов обогащения: насыпное (А) и намывное (Б); 4 – перемещенные отходы обогащения; 5 – остатки пруда намывного хвостохранилища; 6 – место отбора проб новообразованного минерала; 7 – точки отбора проб воды.


Из-под дамбы хвостохранилища вытекает несколько ручьев. Кроме того, толща отходов промывается атмосферными осадками. В аллювии одного из ручьев во время полевых работ 2005 г. были обнаружены гальки, покрытые корками минеральных новообразований.

Материал новообразований исследован с использованием световых микроскопов (бинокуляр МБС-2, поляризационный микроскоп ORTOLUX фирмы Leitz) в прозрачных шлифах и иммерсионных препаратах с контролем показателей преломления жидкостей на рефрактометре ИРФ-22. Исследование микроморфологии и химического состава отдельных фаз выполнено на растровом электронном микроскопе LEO 1430VP (ГИН СО РАН, аналитик Н.С. Карманов).

Химический состав осадка определен силикатным анализом в ГИН СО РАН (аналитики Г.И. Булдаева, И.В. Боржонова, А.А. Цыренова). Рентгеноструктурный анализ проведен в лаборатории оксидных систем БИП СО РАН на дифрактометре Д-8 advance (Bruker AXS, Германия) Конфигурация Брега-Брентано. Излучение Cu Kα фильтр – Ni, монохроматор S – i вторичный, ток – 40 mA, напряжение – 40 kV, скорость съёмки/шаг 1.0/0.2 (1 квант/сек., 0.02 град по тэта./мин.).Диапазон съемки: от 8.000 до 50.000 град. Θ. Дифрактограмма снята также с образца, нагретого до 600°С. Аналитик к.х.н. Г.Д. Цыренова. Термогравиметрический анализ выполнен на приборе STA-449C. NETZSCH в платиновом тигле с крышкой, имеющей калиброванное отверстие, обеспечивающее давление паров разложения в 1 атмосферу, и аналогичным тиглем в качестве образца сравнения. Исследование проводилось при скорости нагрева 10˚С в потоке сухого аргона. ИК-спектры сняты на приборе фирмы SHIMADZU в таблетках с KBr в диапазоне 4000-250 см-1.

Гидрохимические исследования проведены стандартными методами в химической лаборатории ГИН СО РАН.

Гальки, покрытые современными минеральными образованиями находятся лишь в местах заглубления дна ручья выше естественных перекатов, на механических геохимических барьерах, где скорость течения воды резко замедляется. Минеральные новообразования в виде корок белого и кремового цвета (рис.2) покрывают преимущественно части галек, ориентированные в сторону верховьев ручья. Корки имеют волнистое строение наподобие знаков ряби, встречающихся в слоях дельтовых и прибрежно-морских отложений, как это видно на рис. 2. При изучении под бинокуляром выявилось слоистое строение минеральной корки. Толщина её обычно варьирует в пределах 0.5-2.0 мм. В ней перемежаются слои белого и розовато-кремового цвета. Слоистость видна и под электронным микроскопом (рис. 3).



Рис. 2. Галька с коркой новообразованных минералов.


В иммерсионном препарате зерна минерала изотропны или обладают двупреломлением не более 0.002. До 99.9% дробленого материала состоят их тонкозернистых (не более 5 микрон) относительно однородных зерен, чешуй или изогнутых призм. Часть обломков имеет тонкослоистое строение. Толщина отдельных слоев не более 0.01-0.02 мм. Вещество полос оптически изотропно. Показатели преломления основной массы находятся в пределах 1.433-1.438. Однозначно идентифицируются очень редкие прозрачные обломки флюорита величиной до 0.003 мм. Они характеризуются полным погасанием и показателем преломления 1.440±0.003.



Рис. 3. Слоистое строение новообразованных корок.
Цифрами обозначены анализированные участки в точках, анализы по которым приведены в табл. 1.

По данным силикатного анализа общей пробы, очищенной от видимых под бинокуляром примесей, новообразования на гальках имеют следующий состав (масс.%): SiO2 – 7.0, TiO2 – 0.02, Al2O3 – 46.1, Fe2O3 – 1.22, FeO – 0.07, MnO – 0.01, MgO – 0.13, CaO – 3.13, Na2O – 0.06, K2O – 0,02, П.П.П.– 42.68. Сумма – 100.43. По данным химического анализа валовое содержание CO2 – 2,42, S общ.– 0.70, F – 4.27. Они входят, вероятно, в состав П.П.П. Относительное содержание железа, меди, цинка и свинца, если считать их общее количество за 100%, составляет: Fe – 35.9, Cu – 27.28, Zn – 8.95, Pb – 28.58.

Под электронным микроскопом (рис. 3) слоистость фиксируется как слабыми изменениями плотности окраски, так и трещинами отслаивания. Анализы во всех точках примерно одинаковы (табл. 1).

Таблица 1

Данные микрозондового анализа образца №1

№ анализа

Компоненты и их содержания,%

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

CaO

SO3

F

Сумма

1

8.34

-

45.69

0.6

-

3.47

1.98

9.08

69.16

2

7.44

-

45.48

0.75

-

3.31

2.29

9.52

68.79

3

6.88

-

42.89

2.13

-

3.44

2.27

8.68

66.28

4

7.48

-

44.24

1.04

-

3.35

2.00

8.36

66.48

5

7.43

-

45.18

0.53

-

3.36

2.13

8.77

67.40

6

6.53

-

46.01

1.66

-

3.40

1.95

9.99

69.56

7

9.08

-

44.02

1.30

-

3.27

1.56

8.39

67.62

Среднее

7.60




44.79

1.3




3.37

2.03

8.97

67.90

σ/x

0.11




0.025

0.45




0.07

0.25

0.067

0.02


При большем увеличении наблюдаются включения размером от 0.5 до 30 μm длиной и 0.3-2.5 μm толщиной. Они содержат до 46.74% Fe при полном отсутствии фтора и соответствуют гидроксиду железа.

Вещество рентгеноаморфно. Тем не менее, в области 2θ 18.5°-50º отчетливо проявляются пики, характеризующие водный ортосиликат-фторид кальция и алюминия (CaAlF(SiO4)) моноклинной сингонии с параметрами элементарной ячейки a0 = 6.9149Å, b0 = 8.5064Å, c0 = 6.4384Å. α 90.000º, β 114.684°, γ 90.000º. Базоцентрированная решетка Бравэ А 2/а. Однако пересчет анализов на кристаллохимическую формулу для подтверждения полученной на основе рентгенометрических данных состава элементарной ячейки невозможен из-за присутствия неопределенного количества и состава аморфной фазы: пересчет анализа на формульные коэффициенты не дает указанной выше формулы.

На ИК-спектре отчетливо проявлена неразрешенная полоса поглощения валентных колебаний молекулярной воды с максимумом 3458.37 см -1 и пик при 1637.56 см-1. Кроме того, присутствуют слабо разрешенные полосы поглощения 1529.55 и 1433.11 см -1 , связанные, вероятно, с присутствием небольшого количества СО3 -2, а также слабые полосы поглощения 981.77, 572.86 см -1 , обусловленные Si-O-Al и Si-O-Si связями. Неясно выраженные полосы поглощения 341.40, 318.25 и 295.11 см-1 на данной стадии изученности материала приписать к каким либо определенным связям не представляется возможным.

На термограмме проявлены растянутый эндотермический пик с максимум при 137.6°С и очень узкий экзотермический с максимумом при 635.1°С в интервале 628.8 – 640.7 °С (рис. 4). Первому соответствует потеря веса 37.25%, связанная, в основном, вероятно, с выходом воды. Выход её на протяжении широкого температурного интервала свидетельствует о слабой связи со структурой, характерной для цеолитной воды. Второму, экзотермическому максимуму соответствует потеря массы – 3.64%, связанная, вероятно, с выходом части фтора. Выделение его продолжается в процессе перестройки вещества до температуры 831.0°С. Общая потеря массы на интервале температур 628.8 – 831.0°С составляет 6.64%. Этот эффект связан с быстрой перекристаллизацией структуры существенно алюминиевого материала c образованием корунда, о чем свидетельствует рентгенограмма прогретого до 600°С образца (рис. 4). Параметры элементарной ячейки: а0 = 4.7587, b0 = 4.7587, с0 = 12.9929. Решетка Бравэ примитивная, пространственная группа R-3c. Z=6.

Несмотря на то, что П.П.П., полученные разными методами несколько различаются, общий порядок цифр сохраняется и можно принять содержание воды 37.25% –8.97% (среднее содержание фтора) = 28.28%.



Рис. 4. Термограмма образца.


Минеральные новообразования в русле ручья Модонкуль, подобные описанным, встречаются и в других его частях, где резко изменяется гидродинамический режим. Особенностью этих участков является изменение состава воды ручья выше и ниже расположения скоплений галек, инкрустированных новообразованными минералами.

По данным А.М. Плюснина, состав воды выше и ниже места формирования минерала, существенно различается, главным образом, по содержанию сульфат-иона, фтора, трехвалентного железа (табл. 2).


Таблица 2

Химический состав воды выше и ниже места образования минеральных корок на гальках, мг/л. Уменьшение минерализации ниже геохимического барьера отмечено полужирным шрифтом

Компоненты, параметры

Характеристика точек отбора проб воды

Места отбора проб воды

1, р. Барун-Нарын, из-под дамбы хвостохранилища

2, р. Модонкуль, вблизи автомобильного моста

рН

6,6

7,3

Еh

73

236

Электропроводность

1330

680

СО2

29

6

НСО3

101

104

NO3

0,5

3,7

SO4

481

178

F

21,7

8,2

Fe2+

0,93

0,21

Fe3+

7,59

0,31

Si

4,5

3,26

Ca

222,99

84,4

Mg

25,91

19,59

K

17,23

3,88

Na

20

22,75

Cu

0,074

0,13

Zn

0,09

0,13

Общая минерализация

Катионы

Анионы

900.724

299.224

611.5

434.56

134.66

299.9


Примечание: Анализы выполнены в Геологическом институте СО РАН.

В табл. 2 в столбце 1 приведены данные, характеризующие состав и свойства воды выше места скопления галек с корками минеральных новообразований, а в столбце 2 – ниже его. Анализ табл.2 показывает, что вода становится слабощелочной, но увеличивается восстановительно-окислительный потенциал, уменьшается электропроводность за счет уменьшения общей минерализации почти в 2 раза. Уменьшается концентрация в воде анионов, входящих в состав минеральных новообразований (углекислоты, сульфат-аниона и фтора.). Среди катионов резко уменьшается концентрация трехвалентного железа, калия и кальция. В меньшей мере высаживается кремний и магний.

Выводы

1. Особенностью рассмотренных минеральных новообразований является обогащенность их алюминием и фтором, не наблюдавшаяся в ранее изученных нами продуктах рудничных вод Антоновогорского месторождения вольфрама [1], которые были представлены, в основном, аморфной фазой тридимитоподобного кремнезема. Эти воды также обогащены фтором и алюминием, но силикат-алюмофториды в них не были обнаружены. Причиной этого является отсутствие геохимических механических барьеров, создающих условия для резкого снижения скорости течения воды и образования относительно застойных условий, благоприятствующих формированию алюмофторидных соединений. Другая причина кроется, вероятно, в различиях щелочно-кислотной обстановки. Вода р. Модонкуль имеет рН 6.6, в отличие от кислой (рН 3.55-4.08) рудничной воды Антоновой Горы.

2. Современные силикатные и алюмосиликатные минеральные образования отличаются от карбонатных и сульфатных неупорядоченной структурой, проявляющейся в развитии преимущественно рентгеноаморфных выделений, что затрудняет их диагностику и требует использования термогравиметрии и ИК-спекторофотометрии.


Литература


1. Замана Л.В., Юргенсон Г.А., Котова Е.Н. Кремнезём неупорядоченной структуры из дренажных вод месторождения вольфрама Антонова Гора (Вост. Забайкалье) Доклады РАН. – 2005.– Т. 404, №6. – С. 814-816.

2. Юргенсон Г.А. Современное минералообразование как критерий состояния водных экосистем //Водные ресурсы и водопользование. Вып.3. –Екатеринбург – Чита: Изд-во ЧитГУ, 2007. – С. 11 – 15.

3. Юргенсон Г.А., Смирнова О.К., Филенко Р.А. Современное минералообразование в геотехногенных ландшафтах как индикатор состояния природной среды// Проблемы геологии, минеральных ресурсов и геоэкологии Западного Забайкалья. – У.-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН.– 2007. – С. 207-212.






8178725257598210.html
8178812727341976.html
8178972845596629.html
8179062722370190.html
8179110783873091.html