Редкие металлы в техногенно-трансформированных водах Жирекенского, Шахтаминского и Бугдаинского молибденовых месторождений (Восточное Забайкалье)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия

Редкие металлы в техногенно-трансформированных водах Жирекенского, Шахтаминского и Бугдаинского молибденовых месторождений (Восточное Забайкалье)

Чечель Л.П.

Сравнительно позднее открытие и освоение редких элементов промышленностью объясняется их малой распространенностью и рассеянностью и связанными с этим технологическими трудностями извлечения. Большая часть редких элементов представлена металлами, к которым в настоящее время относят, как правило, 36 химических элементов [9, С. 79]: Li, Be, Sc, V, Ga, Ge, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cd, In, Te, Cs, La и лантаноиды, Hf, Ta, Re, Tl, Bi.

Забайкальский край - старейший горнорудный регион, на его долю приходится около трети запасов молибдена России, активная добыча которого велась в прошлом и на некоторых объектах продолжается до настоящего времени. Отходы горного производства, складированные на прилегающих территориях, а также дренажные стоки горных выработок и фильтрация из заброшенных карьеров являются, с одной стороны, источниками загрязнения окружающей среды, а с другой - перспективным объектом для получения ценных элементов, в том числе редких металлов. Целью данной работы явилось изучение распространенности редких металлов в техногенно-трансформированных водах молибденовых месторождений Восточного Забайкалья.

Объекты и методы исследования

Рассматриваемые объекты расположены в восточной части Забайкальского края (см. рис. 1). На Шахтаминском и Жирекенском месторождениях в прошлом велась промышленная отработка. Оба рудника в настоящее время закрыты. На Бугдаинском месторождении велась только опытная добыча.

Месторождения приурочены к гранитоидамшахтаминского и амананского (J_2-3) рудоносных комплексов, характеризующихся редкометалльной геохимической специализацией [2, С. 575], [3, С. 772], [5, С. 113, 125]. Жирекенское и Шахтаминское месторождения относится к группе существенно молибденовых месторождений Cu-Mo-порфировой формации. Главными рудными минералами на Жирекенском месторождении являются молибденит, халькопирит и пирит [7, C. 185]. На Шахтаминском месторождении наиболее распространенные рудные минералы - молибденит, пирит, сфалерит, галенит, халькопирит [8, C. 191]. Бугдаинское W-Mo месторождение приурочено к центральной части вулкано-купольной структуры, прорванной гранитоидамишахтаминского интрузивного комплекса. Наиболее распространенными рудными минералами являются пирит, галенит, сфалерит, молибденит [5, C. 114].

Рис. 1. Географическое положение месторождений

В исследованных районах были опробованы воды, дренирующие отвалы горных пород, прудов хвостохранилищ, поверхностные и подземные воды. Химико-аналитические исследования вод проводились общепринятыми методами в Институте природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (г. Чита). Дополнительно выполнялся анализ методом ICP-MS в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск).

Результаты исследования и их обсуждение

Воды, формирующиеся в пределах Шахтаминского и Жирекенского месторождений, характеризуются повышенными значениями рН [5, C. 410]. В хвостохранилище и подотвальном дренаже Жирекенского ГОКа вода имеет слабощелочную реакцию (рН 7,7-7,8), на Шахтаминском месторождении величина рН техногенных вод изменяется от слабокислых до слабощелочных значений (рН 5,7-8,1). Наиболее кислые воды (рН<4) зафиксированы в дренажном стоке породных отвалов Бугдаинского месторождения. В пределах исследованных территорий преобладают сульфатные воды: SO₄-Mg-Ca на Бугдаинском, SO₄- и HCO₃-SO₄-Mg-Ca на Шахтаминском, SO₄- и HCO₃-SO₄-Na-Ca на Жирекенском месторождениях. По величине минерализации воды варьируют от ультрапресных (<0,2 г/л) на Шахтаминском до пресных и солоноватых на Жирекенском (0,5-1,3 г/л) и Бугдаинском (0,8-2,2 г/л) месторождениях.

Согласно [2, С. 575], [3, C. 772] гранитоидамшахтаминского и амананского рудоносных комплексов свойственны высокие содержания Rb, Cs, Sr и легких РЗЭ (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и напротив - пониженные концентрации Sc, Y, Zr, Hf, Nb, Ta и тяжелых РЗЭ (Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

Наиболее высокие концентрации редких металлов зафиксированы в водах, дренирующих породные отвалы на Бугдаинском (см. рис. 1 - БД-14-1, БД-14-3, БД-15-2) и Жирекенском (рис. 1 - ЖР-14-3) и водах пруда верхнего хвостохранилища на Шахтаминском (см. рис.1 - ШХ-14-6) месторождениях (Таблица). Максимальные содержания свойственны (в порядке убывания): Sr, Cd, Rb, Li, ?REE - на Шахтаме, Sr, Li, Rb, Cd, Re, ?REE, Se - на Жирекене, ?REE, Cd, Y, Sr, Li, Sc, Rb, Be, Ga - на Бугдае. При этом концентрации редких металлов в водах подотвальных дренажей на Бугдаинском месторождении на порядки выше тех, что отмечались в нейтральных и слабощелочных условиях двух других месторождений.

Сравнение содержаний редких металлов с кларками речной воды [6, С. 9] показало значительное превышение для Ga, Cd, Sc, Y и лантаноидов в кислых подотвальных водах Бугдаинского месторождения (см. рис. 2а). Неблагоприятные геохимические условия (нейтральные и щелочные значения рН) для накопления редких металлов в водах двух других месторождений определяют заметно меньшие превышения их концентраций.

Таблица 1. Диапазон колебаний концентраций редких металлов и коэффициентов распределения лантаноидов в водах молибденовых месторождений

Примечание: в таблице показаны - минимальные, максимальные и средние (в скобках) значения концентраций компонентов, «-» - содержание ниже предела обнаружения метода; ?REE - суммы лантаноидов; La_n/Yb_n - отношение, нормированное по NASC; Eu/Eu* = 2(Eu_n)/(Sm_n+Gd_n); Ce/Ce* = 2(Ce_n)/(La_n+Pr_n)

Рис. 2. Спектры распределения элементов в водах Шахтаминского (ШХ), Жирекенского (ЖР) и Бугдаинского (БД) месторождений при нормировании: а) на кларк речной воды; б) на североамериканский сланец (NASC)

Техногенные воды на Шахтаминском месторождении характеризуются накоплением Sc, Rb, Sr, Cd и лантаноидов, на Жирекенском - Li, Se, Rb, Sr, Cd, Cs и лантаноидов.

Профили распределения редкоземельных элементов в рассматриваемых водах в значительной степени отличаются от их спектров в гранитоидах рудоносных комплексов. Распределение в водах характеризуется пологой конфигурацией профилей (см. рис. 2 б, таблица - La_n/Yb_n), тогда как спектры распределения редкоземельных элементов в гранитоидах имеют выраженный отрицательный наклон: La_n/Yb_n = 9,6-20,0 на Жирекенском, 11-47 на Шахтаминском и 5,1-75,5 на Бугдаинском месторождениях [2, C. 579], [3, C. 773], [1, C. 1305].

Конфигурации спектров распределения лантаноидов при нормировании на кларки речных вод либо североамериканский сланец отличаются незначительно. Для исследованных вод, за редким исключением, характерны цериевые минимумы (Таблица - Ce/Ce*, см. рис. 2б). Их появление в водах объясняют обычно частичным окислением Се³⁺ до Се⁴⁺ и, как следствие, более активным удалением его из водных растворов совместно с гидроокислами железа [10, С. 527]. Слабо выраженные отрицательные европиевые аномалии на Шахтаме и Жирекене (Таблица - Eu/Eu*, см. рис. 2б), соответствуют распределению в породах и рудах месторождений [1, C. 1306], [2, C. 579], [3, C. 772].

Отработка молибденовых месторождений способствовала усилению водной миграции рудных элементов, в том числе редких и редкоземельных металлов, максимальные концентрации которых зафиксированы в кислых высокоминерализованных дренажных стоках Бугдаинского месторождения. Проведенные исследования позволяют рассматривать их в качестве возможного источника добычи редких металлов.

Список литературы

горный редкоземельный металл

1. Абрамов Б.Н. Особенности распределения редкоземельных элементов в породах и рудах Бугдаинского молибденового месторождения (Восточное Забайкалье) / Б.Н. Абрамов // Успехи современного естествознания. - 2015. - № 1. - С. 1303-1307.

2. Берзина А.П. Жирекенская Мопорфировая рудно-магматическая система (Восточное Забайкалье) / А.П. Берзина, А.Н. Берзина, В.О. Гимон и др. // Геология и геофизика. - 2015. - Т.56. - № 3. - С. 571-594.

3. Берзина А.П. Шахтаминская Мопорфировая рудно-магматическая система (Восточное Забайкалье): источники, генетические особенности / А.П. Берзина, А.Н. Берзина, В.О. Гимон и др. // Геология и геофизика. - 2013. - Т. 54. - № 6. - С. 764-786.

4. Замана Л.В. Гидрогеохимия зоны техногенеза молибденовых месторождений Восточного Забайкалья / Л.В. Замана, Л.П. Чечель // Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии Евразии: материалы Всероссийской конференции с международным участием c элементами научной школы. Томск, 2015. С. 409-413.

5. Коваленкер В.А. Минералогия и условия формирования золотоносного W-Mo порфирового Бугдаинского месторождения (Восточное Забайкалье, Россия) / В.А. Коваленкер, Г.Д. Кисилева, Т.Л. Крылова // Геология рудных месторождений. - 2011. - Т. 53. - № 2. - С. 107-142.

6. Соловов А.П. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / А.П. Соловов, А.Я. Архипов, В.А. Бугров и др. - М.: Недра, 1990. - 335 с.

7. Сотников В.И. Жирекенское медно-молибденовое месторождение. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / В.И. Сотников, А.П. Берзина, А.Н. Берзина и др. - М.: Геоинформмарк, 1995. - Т. I. - Кн. I. - С. 180-186.

8. Сотников В.И. Шахтаминское молибденовое месторождение. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / В.И. Сотников, А.П. Берзина, А.Н. Берзина и др. - М.: Геоинформмарк, 1995. - Т. I. - Кн. I. - С. 187-192.

9. Усова Т.Ю. Редкие металлы и их месторождения / Т.Ю. Усова // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7. - № 11. - С. 79-85.

10. Чудаева В.А. Особенности накопления и фракционирования редкоземельных элементов в поверхностных водах Дальнего Востока в условиях природных и антропогенных аномалий / В.А. Чудаева, О.В. Чудаев // Геохимия. - 2011. - № 5. - С. 523-549.

Размещено на Allbest.ru