= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.424.6
ЗОЛОТО В СИСТЕМЕ СУЛЬФИДНЫЕ ОТХОДЫ И ТОРФЯНИК КАК МОДЕЛЬ ПОВЕДЕНИЯ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
© 2013 г. И. Н. Мягкая, Е. В. Лазарева, М. А. Густайтис, ^ Б. Заякина, Е. В. Полякова, С. М. Жмодик
Представлено академиком Н.Л. Добрецовым 17.07.2013 г.
Поступило 13.05.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565213320212
Отходы горнорудных предприятий можно рассматривать как природную экспериментальную лабораторию, позволяющую изучать минерало-го-геохимические особенности изменения пород и руд, форм переноса и отложения элементов. Часто в отходах содержатся в значительных количествах ценные компоненты, в том числе благородные металлы, которые в экзогенном процессе мобилизуются в раствор, выносятся за пределы хранилища и переотлагаются на различных геохимических барьерах. Углеродистое вещество — один из наиболее эффективных геохимических барьеров, концентрирующих многие элементы. Наиболее часто рассматриваются угли [1] и черные сланцы [2]. Торф и торфяно-болотные отложения также могут быть активными концентраторами различных элементов, но прямая оценка их роли в накоплении благородных металлов практически отсутствует. Цель данной работы — изучение перераспределения золота и форм его нахождения в торфах, контактирующих с кислыми дренажными растворами, возникающими при взаимодействии поверхностных вод с отходами горнорудных предприятий Урского рудного поля, на примере Урского хвостохранилища (Кемеровская область, Россия).
Урское хвостохранилище, созданное более 80 лет назад, сложено отходами цианирования первичных золото-полиметаллических, колчеданных руд и руд зоны окисления Ново-Урского
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск
Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск
месторождения в два отвала высотой 10—12 м [3, 4]. Среднее содержание Аи в исходных рудах достигало 4 г/т. Незакрепленное вещество отходов на протяжении всего времени существования хра-
I_I
Рис. 1. Схема Урского хвостохранилища и местоположения отобранных шурфов.
Шурфы: 1 — напротив отходов руд зоны окисления, 2 — напротив отходов первичных руд, 3 — напротив переслаивающихся отходов первичных руд с рудами зоны окисления, 4 — из удаленной от отвалов области.
6
201
Таблица 1. Последовательность извлечения фракций согласно методике ступенчатого выщелачивания
Фракции Реагенты
Водорастворимая 20 мл H2O (дистиллят); T = 24 ч
Окисляемая (органическая/сульфидная) 20 мл H2O2; песчаная баня до завершения бурной реакции
Восстанавливаемая (связанная с гидрок-сидами Fe3+) 20 мл NH2OH • HCl в 25% HOAc pH 2-3; T = 3 ч; t = 90° ± 2°C.
Неразложившийся остаток 1. 10 мл HF; T 12 ч. 2. 5 мл NHO^^^; упариваем досуха. 3. 10 мл HF и 2 мл HClO4; упариваем досуха. 4. 10 мл HCl (1 : 1); упаривали до влажных солей. 5. 10 мл 5% HCl; доводили до 25 мл, используя H2O (дистиллят)
Таблица 2. Содержания Аи в органосодержащем веществе и снесенных отходах, отобранных в области отвала руд зоны окисления (шурф 1, г/т)
Тип вещества ААС ИСП-МС ИНАА
Болотная кочка 14 11 35
Отходы с обломками первичных руд 0.4 н.д. 0.5
Песчаное вещество с органическими останками 0.14 н.д. 0.2
Песчано-илистое вещество с органическими останками 0.2 н.д. 0.3
Захороненный торф 10 12 27
Примечание. ААС — аналитик В.Н. Иванова; ИСП-МС — аналитик к.х.н. И.В. Николаева; ИНАА — аналитик В.С. Пархоменко; аналитические исследования проводили в ИГМ СО РАН; н.д. — нет данных.
нилища размывали дождевые и паводковые воды. Природный ручей, дренируя отвалы, превращается в кислый [4]. Заболоченная территория с торфяником, расположенная ниже хранилища, выжжена кислыми растворами и вплоть до р. Ур (рис. 1) покрыта слоем до 50 см снесенных отходов. Над их поверхностью возвышаются остатки болотных кочек. На основании гранулометрической дифференциации снесенного вещества отходов в потоке рассеяния хвостохранилища выделено три области (рис. 1) [4]. При отстаивании дренажного раствора в удаленной части хвосто-хранилища формируется техногенный пруд.
В потоке рассеяния опробовали материал снесенных отходов, торф болотных кочек и погребенный под отходами, поровые растворы, кислый дренажный ручей (КДР), природные воды и донные осадки выше и ниже впадения КДР. Минеральный состав материала исследован на сканирующих электронных микроскопах, которые позволяют изучать частицы наноразмерности LEO VP 1430 (Carl Zeiss, Германия; разрешающая способность 4—4.5 нм) с системой энергодисперсионного рентгеновского микроанализа INCA Energy SEM 350 (Oxford Instruments) и MIRA 3LMU (TESCAN, Чехия; разрешающая способность 1 нм), с системой микроанализа INCA Energy 450+ на базе энергодисперсионного спектрометра X-MAX80 (Oxford Instruments Nano Analysis). Так как при определении содержаний Au в органосодержащем веществе существуют его потери в ходе химической и термической подготовки проб к анализу [1, 5], применены методы с предварительной химической подготовкой — атомно-аб-сорбционная спектрометрия (ААС), ИСП-МС и инструментальный — нейтронно-активационный анализ (ИНАА). Распределение Au-содержащих частиц по массе исследовали атомно-эмиссионным спектральным методом (АЭСА) [6]. Формы нахождения Au в торфах определяли методом ступенчатого выщелачивания (табл. 1) [7, 8]. Содержание Au в аликвотах определяли методом ИСП-МС.
Результаты определения содержания Au в торфе ААС и ИСП-МС имеют наибольшее схождение (табл. 2), а данные ИНАА и ААС характеризуют закономерности распределения на разном уровне концентраций. Содержания Au в снесенных отходах по данным ААС и ИНАА близки (табл. 2). Материал отходов первичных руд и отходов руд зоны окисления ближней части потока рассеяния обогащен Au в меньшей степени, чем средней части (табл. 3). В целом содержания Au в отходах на порядок ниже, чем в торфах (табл. 2, 3), в которых распределение имеет крайне неравномерный характер — 0.18—155 г/т, где основная часть содержаний 0.18—19 г/т. В потоке рассеяния выделяются три области обогащения торфа со средними содержаниями 7, 13, 32 г/т Au. Последнее характерно для постоянно подтапливаемой дренажными растворами области на контакте с отходами руд зоны окисления.
Воды КДР — холодные (ниже 30°С), соленые, сильнокислые с преобладанием Fe3+ в качестве сильного окислителя, сульфатные с доминированием Al, Fe (табл. 4) [4]. В КДР поблизости от отвалов содержания Au достигают 1.2 мкг/л (табл. 4) и снижаются по мере удаления, согласно обратной зависимости от рН. Мобильность Au в водном растворе обеспечивается многообразием комплексных соединений, образующихся при окислении сульфидсодержащего материала:
Таблица 3. Содержания золота в поровых растворах и материале потока рассеяния
Зоны потока рассеяния Поровый раствор, мкг/л Твердое вещество, г/т
Тип отходов Отходы Болотные кочки Захороненный торф Отходы Болотные кочки Захороненный торф
Ближняя (60 м) Первичных руд (I) 0.05-0.3 1.3-3 0.5 0.2-0.9 (0.45) 0.2-26 (7) 0.2-0.6 (0.4)
Руд зоны окисления (II) 0.05 1.3-4.5 н.д. 0.1-0.8 (0.38) 0.2-155 (7.5) 9-24 (17)
Средняя (130 м) Первичных руд (I) н.д. н.д. н.д. 0.1-3.5 (0.65) 0.2-18 (5.5) н.д.
Руд зоны окисления (II) н.д. н.д. н.д. 0.2-3 (1) 0.4-30 (3) н.д.
Дальняя (600 м) Смесь I, II 0.1-0.2 - 0.1 0.4 - 0.1
Примечание. н.д. — нет данных;--отсутствует тип вещества; в скобках — средние содержания.
Аи^203и Аи^406)) и др. [9]. В р. Ур выше и ниже впадения КДР содержания Аи не превышают 0.002 мкг/л (табл. 4), но донные осадки ниже впадения КДР заметно обогащены Аи (табл. 4).
Поровые растворы снесенных отходов по гидрохимическим характеристикам близки КДР, но более минерализованы (6—18 г/л). Значение рН поровых растворов болотных кочек также близко к 2 и увеличивается вниз по разрезу до 4. Содержания Аи в поровых растворах отходов не превышают 0.3 мкг/л (табл. 3), а в растворах торфов заметно выше, особенно из материала болотных кочек (табл. 3). В поровых растворах из илистого вещества со слоями органических остатков, торфа и отходов (рис. 1, шурф 4) содержание Аи значительное (табл. 3).
В снесенном веществе отходов преобладают пирит и барит, из алюмосиликатов — слюды (мусковит, гидромусковит), плагиоклаз, калиевый полевой шпат, хлорит, кварц. Вторичные новообразования в материале отходов представлены ярозитом, соединениями Fe3+ (гидроксиды, сульфаты и др.) и гипсом. В пробах болотных кочек, помимо остатков растений, обнаружены обломки исходных минералов отходов, не характерных для захороненного торфа. По сравнению с болотными кочками состав вторичных минералов в захороненных торфах более разнообразный: 1) параллельно/радиально-волокнистые образования гипса; 2) концентрически-зональные агрегаты и колломорфные образования соединений Fe3+ (рис. 2а); 3) ярозит (рис. 2б); 4) фрамбоиды пирита (рис. 2в), образующиеся при наличии деятельности сульфатредуцирующих бактерий; 5) друзы хорошо ограненных кристаллов (рис. 2г) и глобулы барита; 6) сфалерит, в том числе ртутьсо-
держащий; 7) минералы Н в виде изометричных кристаллов и зерен селенидов и сульфидов Н — тиманнита, метациннабарита — с частицами до 5 мкм (рис. 2д).
В медно-цинковых серноколчеданных рудах 8е входит в состав сульфидов в виде изоструктур-ной примеси или образует с ними твердые растворы [10]. Среди минералов Н также обнаружены
Таблица 4. рН, содержание основных катионов и сульфат-иона в водах р. Ур и КДР, содержания Аи в растворе и донных осадках
Единицы р. Ур, выше впадения КДР КДР р. Ур, ниже впадения КДР
Воды и растворы
рН 7.5-8.5 2-2.7 7-8
Минерализация г/л 0.25-0.5 4.5-5.0 0.45
Са мг/л 30-60 150-260 65-70
МБ » 4-10 100-117 5-10
Бе » 0.1-0.2 780-1000 0.2-0.5
А1 » 0.05 90-280 0.2-0.3
» 14-16 1800-3600 17-36
Аи мкг/л 0.001-0.002 0.003-1.2 ~0.001
Донный осадок
Аи г/т 0.04-0.1 0.6-0.7* 0.2-0.3
Примечание. * — новообразованный осадок техногенного пруда.
Рис. 2. Минеральные выделения в торфяном веществе.
а) концентрически-зональные образования соединений Бе3+, б) ярозит, в) фрамбоиды пирита, г) друза барита, д) се-ленсодер
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.