ПРОГНОЗ ВЛИЯНИЯ КИСЛОТНОГО ДРЕНАЖА НА ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В РАЙОНАХ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
© 2015 г. О. А. Лиманцева, Б. Н. Рыженко, Е. В. Черкасова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина,19
e-mail: ryzhenko@geokhi.ru Поступила в редакцию 05.11.2013 г. Принята к печати 23.12.2013 г.
Выполнено моделирование взаимодействий в системах "вода—порода—С02—02", где "порода" есть породы различных участков сульфидсодержащего месторождения А. Физико-химическим компьютерным моделированием показано, что кислотный дренаж зависит от скорости взаимодействия компонентов системы. Причина возникновения кислотного дренажа в меньшей скорости растворения алюмосиликатных минералов горной породы, чем скорость окисления сульфидов. Смена пассивного водообмена на активный приводит к "залповому" выбросу загрязняющих веществ.
Ключевые слова: рудообразование, кислотный дренаж, экология, моделирование.
Б01: 10.7868/80016752515100039
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время экологические риски, связанные с деятельностью объектов горнорудной отрасли (в частности, кислотный дренаж на суль-фидсодержащих рудных месторождениях), можно оценить, опираясь на закономерности фундаментальной науки. В представленной статье на примере месторождения А. показаны возможности прогноза геохимических процессов для подземных вод и поверхностных водных объектов, для дренажных вод отвалов пород и отходов обогащения, подвергающихся водной и ветровой эрозии. Дренажные воды месторождений (кислые активно, щелочные в меньшей степени) извлекают из пород тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества. Обычно для оценки состава дренажных вод используются трудоемкие лабораторные тесты (кинетические и статические приведены в Приложении), рассмотрению которых посвящены многие публикации (В1о^е й а1., 2003).
Для оценки состава дренажных вод предлагается использовать физико-химическое компьютерное моделирование, которое опирается на выводы исследований С.Р Крайнова и сотрудников (Крайнов и др., 2004, 2012), что формирование химического состава вод определяется физико-химическими параметрами, из которых главные — открытость-закрытость системы "вода-порода-газы" относительно СО2 и О2. отношение между взаимо-
действующими массами пород и подземных вод (Rock/Water). Петрохимический тип пород, особенно формы нахождения химических элементов в породах; температура—давление. В системе "вода— порода—газ" сосуществуют водный и газовый растворы и минеральная ассоциация первичных (и вторичных) минералов. Опираясь на методы химической термодинамики, несложно оценить равновесное состояние такой системы парметра-ми: pH, Eh, концентрации и формы существования компонентов в водном растворе, минеральные ассоциации — при заданных температуре, давлении, балансе масс инертных и летучести (парциальном давлении) вполне подвижных компонентов.
Используя программный комплекс HCh (Шваров, 2008), было выполнено моделирование равновесного состояния системы, состоящей из H—O—K—Na—Li—Ca—Mg—Fe—Mn—Al—Si—Ti—P— C—Cl—F—C—S—N—As—Ba—Be—Cd—Co—Cr—Cu— Mo-Ni-Pb- Se-Sr-V-W-Zn-Zr, со 125 потенциальными твердыми фазами и 190 простыми и комплексными частицами в водном растворе. Сорбция рассматривалась как образование идеального твердого раствора с экспериментально определенными константами сорбции (Allison, Allison, 2005).
МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Согласно сводке (Технологический регламент для ..., 2007; Технико-экономическое ..., 2013) руды месторождения А. по вещественному составу относятся к золото-аргентитовому минеральному типу золото-серебряной формации. Они образуют продуктивный золото—каолинит—хлорит—сульфидно-кварцевый комплекс, в пределах которого выделяются две минеральные ассоциации.
Золото—хлорит—сульфидно-кварцевая ассоциация является доминирующей, слагая значительную часть всех рудных тел, особенно на нижних горизонтах. Кроме кварца и хлорита — главных минералов ассоциации, среди жильных минералов спорадически отмечаются кальцит, диккит, адуляр, серицит. В числе рудных минералов, содержание которых составляет до 10—15% жильного выполнения, значительно распространены, мас. %: пирит (3), сфалерит (1), галенит (1), халькопирит (0.5), ар-сенопирит (0.5), ковелин (0.5), халькозин, пирротин, сульфосоли (все-следы), а также каолинит (2), слюды (7), полевые шпаты (5), кварц (83).
Золото-каолинит(диккит)-кварцевая ассоциация широко распространена на верхних горизонтах рудных тел месторождения. В малом количестве встречаются кальцит, серицит, адуляр и гидрослюда. Количество рудных минералов не превышает 1—3%; главным является пирит, отмечаются галенит, сфалерит, в меньшей степени халькопирит. Окисленную рудную пробу составляют (мас. %): все рудные (0.2), карбонаты (1.3), диккит (15), полевой шпат (30), кварц (34), другие минералы («20%).
Оба выделяемых природных типа ассоциаций характеризуются значительным сходством. В то же время эти минеральные ассоциации отличаются уровнем концентрации попутных компонентов и примесей: для золото-хлорит-сульфидно-кварцевой ассоциации характерны более высокие концентрации свинца (в 3—4 раза), цинка (в 10—15 раз), мышьяка (в 3—4 раза), меди (в 5 раз), сурьмы (в 2—3 раза). Средние концентрации селена в рудах, сложенных разными ассоциациями, близки и составляют около 30 г/т. Продуктивная минерализация представлена электрумом, низкопробным самородным золотом, самородным серебром и сульфосолями серебра — акантитом А^, пираргиритом А§38Ъ83, полибазитом (А§,Си)168Ъ28п, фрейбергитом (А§,Си)128Ъ4813, науманнитом А§28е, агвиларитом А§48е8. Из перечисленных минералов существенно преобладает электрум, в незначительном количестве присутствует низкопробное золото, остальные минералы встречаются в виде редких или крайне редких выделений.
Попутная рудная минерализация представлена в основном пиритом, сфалеритом, галенитом и, в меньшей степени, халькопиритом. Эти минералы определяют повышенную степень сульфид-
ности в золото—хлорит—сульфидно-кварцевых рудах. Сульфидная минерализация локализована неравномерно в виде гнездовидных образований в жильном кварце, либо непосредственно во вмещающих породах. Другие рудные минералы (магнетит, пирротин, арсенопирит, марказит, борнит, минералы серебра) встречаются в малых количествах (менее 1% жильного выполнения).
Главными породообразующими минералами являются: кварц, составляющий от 60 до 99% объема руд, глинистые минералы группы каолинита (до 6.0—9.0%), минералы группы хлорита (до 12.0%), серицит и гидрослюды (до 6.0—25.0%), калиевый полевой шпат (от 1.0 до 30%). При этом кварц, хлорит и каолинит являются главными минералами продуктивных ассоциаций, а серицит, гидрослюды и калиевый полевой шпат связаны с реликтовыми включениями обломков мета-соматитов.
Попутными компонентами в рудах являются селен (22—170 г/т), свинец (0.09—1.66%) в форме галенита, цинк (0.13—2.09%), в форме сфалерита. Из нормируемых компонентов в руде присутствует мышьяк в небольших количествах (от 0.02 до 1.61%). На отдельных участках месторождения содержания свинца и цинка, а также селена и кадмия в руде могут достигать концентраций более высоких, чем указано выше.
Минеральный состав технологической пробы руды месторождения (соответственно окисленная и первичная руда, мас. %): кварц жильный и породообразующий — 34 и 83; слюды-биотит, хлорит, серицит, гидросерицит, гидромусковит и др. — 13 и 7; полевые шпаты (адуляр, альбит, плагиоклазы) — 30 и 5; каолинит, диккит, гидрокаолинит, иллит и др. — 15 и 2; карбонаты (кальцит) — 1.3 и нет; пирит, сфалерит — 0.2 и 4; галенит — нет и 0.5; арсенопирит, марказит, халькопирит, ковелин — нет и по 0.5; окислы Бе, ярозит — 5.6 и 1; халькозин, пирротин, сульфосоли — нет и следы. Сера, представленная сульфидной формой, от 0.1 до 3.28 %. В пробе окисленной руды содержание сульфидов незначительное (0.2%). В первичной руде содержание сульфидов достигает 7%. Сульфиды представлены пиритом и сульфидом серебра—акантитом—аргентитом. Цветные металлы (медь, свинец, цинк) содержатся в сотых и первых десятых долях процента.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ
В соответствии со схемой структурно-гидрогеологического районирования Камчатского края Тклаваямское рудное поле приурочено к Велолнык-скому адмассиву неоген-палеогенового возраста, являющегося в свою очередь составной частью Ко-рякско—Западно-Камчатской гидрогеологической складчатой области.
Условия Тклаваямского рудного поля характеризуются сплошным развитием многолетнемерз-лых пород. Коэффициент таликовости составляет всего 4.5% при мощности пород до 204 м и температуре на глубине нулевых амплитуд (10 м) до —5°С.
Рельеф подошвы многолетнемерзлых пород неровный, особенно в долине р. Ичигиннываям и на площади месторождения, т.е. там, где отмечаются многочисленные близкорасположенные сквозные талики. В местах со спокойной тектонической обстановкой и отсутствием таликов (междуречье рек Ичигиннываям—Тклаваям) мощность многолетне-мерзлых пород относительно выдержана, а рельеф подошвы мерзлой зоны сглажен. Мощность деятельного слоя не превышает 2 м. Обычно минимальная мощность (0.3—0.5 м) отмечается на поверхности заболоченных пойменных террас р. Ичигиннываям, покрытых моховой подушкой, и на склонах выположенных водоразделов (левобережье р. Ичигиннываям).
Изучаемая территория месторождения А. находится под влиянием дренирующего воздействия местной сети поверхностных водотоков и водоемов, представленной котловиной оз. Таловское, р. Ичигиннываям и ручьями Дождливым, Рудным, Северным, Прямым и Светлым. Талики на рассматриваемой территории представлены двумя типами: подрусловыми и зонами тектонических нарушений.
Питание за счет атмосферных осадков на изучаемой территории можно подразделить на два типа: за счет дождевых и талых вод. По данным наблюдений за режимом подземных вод в штольне 3 наиболее значительные изменения показателей режима подземных вод связаны с периодом таяния снега. В это время (май—июль) формируется основной объем (50—60%) ежегодного питания подземных вод, что соп
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.