Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ РЗЭ В ТЕХНОГЕННЫХ ВОДАХ ВОЛЬФРАМОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Чечель Л.П. 1
1 ФГБУН Институт природных ресурсов экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук
В статье представлены новые данные по распределению редкоземельных элементов в техногенных водах Букукинского, Белухинского, Антоновогорского и Спокойнинского вольфрамовых месторождений, расположенных в Забайкальском крае. Суммарные концентрации РЗЭ в исследованных водах варьируют в пределах 0,31-295,8 мкг/л, их максимальные содержания зафиксированы в кислых сульфатных водах Букукинского месторождения. Нормализованные по постархейскому австралийскому сланцу (PAAS) РЗЭ, содержащиеся в водах Спокойнинского и Антоновогорского месторождений, характеризуются накоплением групп тяжелых и средних лантаноидов (Lan/Ybn – 0,48 и 0,26). Спектры распределения нормализованных РЗЭ на Букукинском и Белухинском месторождениях отличаются обогащением средних и легких и обеднением тяжелых РЗЭ (Lan/Ybn –1,38 и 1,79). В водах с рН>6 на Букуке и Белухе выявлены Се-отрицательные аномалии, объясняемые сорбцией вторичными фазами. Аномалии в поведении европия связаны с составом водовмещающих пород и руд.
вольфрамовые месторождения
техногенные воды
редкоземельные элементы (РЗЭ)
распределение
1. Вах Е.А. Содержания редкоземельных элементов в водах зоны гипергенеза сульфидных руд Березитового месторождения (Верхнее Приамурье) / Е.А.Вах, А.С.Вах, Н.А. Харитонова //Тихоокеанская геология. – 2013. – Т. 32, № 1. – С. 105-115.
2. Гребенников А.М. Спокойнинское вольфрамовое месторождение /А.М. Гребенников // Месторождения Забайкалья. – Том. I, кн. 2. – М.: Геоинформмагк, 1995. – С.106-116.
3. Гусева Н. В. Распространенность редкоземельных элементов в природных водах Хакассии / Н. В.Гусева, Ю.Г.Копылова, С.К Леушина. // Известия ТПУ. – 2013. – Т. 322, № 1. – С. 141-146.
4. Дубинин А.В. Геохимия редкоземельных элементов в океане/А.В.Дубинин // Литология и полезные ископаемые. – 2004. – № 4. – С. 339-358.
5. Иванова Г.Ф. Геохимические условия образования вольфрамитовых месторождений / Г.Ф.Иванова. – М.: Наука, 1972. – 195 с.
6. Ларичкин В.А. Промышленные типы месторождений редких металлов / В.А. Ларичкин– М.: Недра, 1985. – 245 с.
7. Табаксблат Л.С. Распространение и миграционные возможности редкоземельных элементов в глубоко трансформированных шахтных водах Кизеловского угольного бассейна/ Л.С. Табаксблат //Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. – 2010. – № 13. – С. 300-306.
8. Чечель Л.П. Неорганические формы миграции Fe, Mn, Ni, Co, Cd и Al в водах зоны гипергенеза вольфрамовых месторождений (юго-восточное Забайкалье) / Л.П. Чечель // Вода: химия и экология. – 2013. – № 1. – С. 108-114.
9. Чечель Л.П. Основные геохимические типы дренажных вод вольфрамовых месторождений Юго-Восточного Забайкалья / Л.П.Чечель, Л.В. Замана // Вестник Томского государственного университета. – 2009. – № 329. – С. 271-277.
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.
11. ElderfieldH. Therareearthelementsinrivers, estuaries, andcoastalseasandtheir significance to the composition of the ocean waters /H. Elderfield, R. Upstill-Goddard, E.R. Sholkovitz // Geochim. et Cosmochim. Acta. – 1990. – V. 54. – P. 971-991.
12. Johannesson K.N. Geochemistry of rare earth elements in hypersaline and dilute acidic natural terrestrial waters: complexation behavior and middle rare-earth elements enrichments / K.N.Johannesson, W.B.Lyons, M.A.Yelken,Y.E Gaudette., K.J. Stetzenbach // Chem. Geol. – 1996. – V. 133. – P. 125-144.
13. Wolkersdorfer C. Rare earth elements (REEs) as natural tracers in mine waters / C.Wolkersdorfer // Uranium in the Aquatic Enwironment. – Heidelberg, Germany, 15-21 September 2002. – P.967-974.
14. Wood S.A. The aqueous geochemistry of the rare earth elements and yttrium. Part 13: REE geochemistry of mine drainage from the Pine Creek area, Coeur d’Alene River valley, Idaho, USA /S.A.Wood, W. M.Shannon, L. Baker // Rare Earth Elements in GroundwaterFlow Systems (edited by Karen H. Johannesson) University of Texas at Arlington, TX, U.S.A. – 2005. – P 89-110.
15. Zamana L.V.Technogenic hydrogeochemical anomalies of tungsten deposits in Kykylbey ore region / L.V.Zamana, L.P. Chechel // J. Geosci. Res. NEAsia. – 2004. – № 7(1).– Р. 52-57.

С появлением новых высокочувствительных аналитических методов большое внимание в мире стало уделяться изучению распределения в водах редкоземельных элементов,близость химических свойств и сходство поведения которых в природных процессах позволяет использовать их в качестве геохимических индикаторов, в частностидля решения вопросов происхождения и трансформации химического состава природных растворов, изучения гидродинамических условий формирования подземных вод и других. В настоящее время имеется достаточно большое число работ, посвященных исследованию РЗЭ в поверхностных и подземных водах, формирующихся как в естественных, так и нарушенных горной добычей условиях [3,4, 10,11, 12, 13, 14 и др.]. В России проблемы миграции РЗЭ в рудничных водах угольных, полиметаллических, редкометальных и золоторудных месторождений рассматриваются в работах исследователей Приморья и Урала [1, 7, 10].

Изучению особенностей химического состава дренажных стоков вольфрамовых месторождений Восточного Забайкалья посвящен целый ряд публикаций автора данной работы [8, 9, 15и др.], но ранеевопросы распространения РЗЭ нами не рассматривались. Полученные в последние годы новые данные по содержанию в них широкого круга компонентов определили цель настоящей работы – изучение особенностейраспределенияи фракционирования РЗЭ в техногенных водах вольфрамовых месторождений.

Объекты и методы исследований

Основой для проведения данного исследования послужили результаты гидрогеохимического опробования, проведенного в 2013 и 2015 годах в пределах четырех вольфрамовых месторождений, расположенных в Восточном Забайкалье(рис.1) – жильных кварц-вольфрамит-сульфидных Белухинского и Букукинского, кварц-касситерит-вольфрамитового Антоновогорскогои грейзенового вольфрамит-касситеритового Спокойнинского [2, 5, 6].

missing image file

Рисунок 1.Местоположение вольфрамовых месторождений

Месторождения относятся к вольфрам-оловянной рудной формации и тяготеют к участкам развития песчано-сланцевых отложений протерозойского, палеозойского и мезозойского возраста, прорываемых мезозойскими интрузивными массивами. Для руд Букукинского, Белухинского и Антоновогорского месторождений характерно повышенное содержание сульфидов. На Спокойнинском месторождении сульфидная минерализация имеет значительно меньшее распространение и носит рассеянный характер. Главными минералами руд на Букукинском и Белухинском месторождениях являются вольфрамит, пирит и молибденит, на Антоновогорском – вольфрамит, пирит и халькопирит, на Спокойнинском – вольфрамит и касситерит. Районы месторождений характеризуются сложностью и многообразием гидрогеологических условий, обусловленных пестрым литологическим составом водовмещающих пород.

Месторождения Букука, Белуха и Антонова Гора разрабатывались до начала 60-х годов 20 века как подземным, так и открытым способом. Переработка руды производилось на местных фабриках. После ликвидации рудников рекультивация нарушенных территорий не проводилась. На Спокойнинском месторождении добыча вольфрама продолжается до настоящего времени.

В пределах месторождений были опробованы воды техногенных водоемов (карьеры, пруд шламохранилища, водохранилище), дренажи штолен, отвалов хвостов обогащения и пустых пород. Всего было отобрано 26 водных проб,13 из которых – на Букуке, 5 – на Антоновой Горе, 3 – на Белухе и 5 – на Спокойнинском месторождении.

Анализ образцов водных проб выполнен в лаборатории Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (г. Чита)стандартными методами, основные катионы и металлы определялись атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре SOLAARM6.Определение содержаний РЗЭ в водах проведено в аналитическом центре Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск) методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS)на приборе ELEMENT 2.Нормализация содержаний РЗЭ дана по австралийскому постархейскому сланцу (PAAS) [4].

Результаты исследования и их обсуждение

Отработка вольфрамовых месторождений способствовала изменению условий водообмена и дренирования подземных вод, что послужило причиной формирования техногенных гидрогеохимических систем, характеризующихся усилением химического выноса основных ионов, формированием кислого дренажного стока и ростом концентраций металлов и фтора.

Присутствиезначительного количества сульфидов в рудах Букукинского, Белухинского иАнтоновогорского месторождений определило формирование преимущественно кислых и слабокислых дренажных вод SO4–Ca, F-SO4-Mg-Ca и HCO3–SO4–Ca состава. К особенностям техногенных вод этих месторождений следует отнести также значительный рост минерализации (до 2 г/л и более) и концентраций металлов, максимальные значения которых достигали:n-10n мг/л – Fe, Mn,Al,Cu, Zn, Pb, Cd; 0,n мг/л – Ni, Co, Y, La, Ce, Nd, U.

В районе Спокойнинского месторождения развитыпреимущественнооколонейтральные и слабощелочные, пресные и с повышенной минерализацией (0,3-1 г/л) воды, их химическийсоставSO4–Mg–Ca и SO4–HCO3–Na–Ca,максимальные концентрации Fe и Mn достигали n-10nмг/л, прочих металлов –n-10nи менее мкг/л, аномально высоки (n-0,n мг/л) в этих водах содержания вольфрама.

Полученные данные по распределению лантаноидов в техногенных водах месторождений показали существенные различия вих содержаниях.Наиболее высокие концентрации РЗЭ зафиксированы в кислых (рН <4,5) сульфатных дренажных водах на Букукинскомместорождении, среднее суммарное содержаниеих составило 295,8 мкг/л (табл.).

На порядок ниже этот показатель, несмотря на высокую кислотность вод (рН 3,3-4,2), в штольневом дренаже на Антоновой Горе (среднее суммарное содержание – 10,3 мкг/л), что вероятнее всего обусловлено приводораздельным положением штольни и значительной долей в питании атмосферных осадков, а также возможно более низким содержанием РЗЭ в породах. Слабокислым водам (рН 5,9-6,4) техногенных потоков рассеяния Белухинского месторождения свойственны еще более низкие содержания РЗЭ (среднее суммарное содержание – 3,92 мкг/л). В околонейтральных и слабощелочных техногенных водах Спокойнинского месторождения зафиксированы минимальные концентрации лантаноидов (среднее суммарное содержание – 0,31 мкг/л). Для всех исследованных вод характерно заметное превышение (в 7-30 раз – табл.) сумм легких лантаноидов (La-Nd) над тяжелыми (Er-Lu), что в целом соответствует характеру их распределения в земной коре.

Сравнение нормализованных профилей средних концентраций РЗЭ, содержащихся в водах месторождений показалоналичие двух разнонаправленных типов их распределения (рис. 2). В водах Спокойнинского и Антоновогорского месторождений кривые распределения РЗЭ характеризуются заметной крутизной в сторону обогащения по тяжелым и средним лантаноидам, соотношение Lan/Ybn соответственно составляет 0,48 и 0,26 (табл.)

missing image file

Рис. 2. Профили нормализованных по сланцу (PAAS) средних значений РЗЭ в техногенных водах Букукинского (БК), Антоновогорского (АГ), Белухинского (БЛ) и Спокойнинского (СП) месторождений

Таблица.

Средние содержания редкоземельных элементов в водах месторождений (мкг/л)

Элементы

Букука

Антонова Гора

Белуха

Спокойнинское

La

64,8

1,50

1,30

0,06

Ce

130

3,60

0,90

0,10

Pr

12,9

0,38

0,22

0,01

Nd

47,2

1,57

0,87

0,05

Sm

8,86

0,49

0,15

0,02

Eu

2,38

0,13

0,03

0,003

Gd

9,49

0,62

0,15

0,02

Tb

1,50

0,13

0,02

0,004

Dy

8,46

0,81

0,12

0,02

Ho

1,45

0,15

0,02

0,004

Er

3,97

0,44

0,06

0,009

Tm

0,53

0,06

0,008

0,001

Yb

3,46

0,43

0,05

0,009

Lu

0,50

0,06

0,009

0,001

ΣРЗЭ

295,8

10,3

3,92

0,31

ΣЛРЗЭ (La-Nd)

255,1

7,01

3,29

0,23

ΣСРЗЭ (Sm-Ho)

32,1

2,32

0,50

0,07

ΣТРЗЭ (Er-Lu)

8,47

1,00

0,13

0,02

ΣЛРЗЭ/ΣТРЗЭ

30,1

6,98

24,9

10,5

Lan/Ybn

1,38

0,26

1,79

0,48

Eu/Eu*

1,21

2,34

1,06

0,83

Ce/Ce*

1,04

1,09

0,38

0,92

Примечание: ΣРЗЭ – сумма РЗЭ, ΣЛРЗЭ – сумма легких РЗЭ, ΣСРЗЭ – сумма средних РЗЭ, ΣТРЗЭ – сумма тяжелых РЗЭ; Lan/Ybn – отношение, нормированное к австралийскому постархейскому сланцу; Eu/Eu* =2(Eun)/(Smn+Gdn); Ce/Ce* = 2(Cen)/(Lan+Prn).

Обратное распределение в профилях РЗЭ наблюдается для вод на Букукинском и Белухинском месторождениях. Их кривые характеризуются накоплением в области средних РЗЭ (Sm-Ho) и обеднением тяжелых лантаноидов относительно легких, соотношение Lan/Ybn равно соответственно 1,38 и 1,79. Аналогичное фракционирование РЗЭ с превалированием их средних групп в кислых рудничных и природных водах неоднократно отмечались исследователями в России и за рубежом [10, 12, 13, 14].

В профиле распределения РЗЭ в водах Белухинского месторождения зафиксирован отчетливый цериевый минимум, проявление которого в целом свойственно водам, формирующимся в пределах этого объекта (табл., рис. 3) (Ce/Ce* – 0,33-0,62). Аналогичная цериевая аномалия установлена также в подотвальных водах Букуки (Ce/Ce* – 0,43-0,62) и во всех случаях в пределах исследованных площадей месторождений отмечается только в водах с рН>6. Обычно такого рода аномалии объясняются рН-зависимостью церия, который в щелочных условиях удаляется из раствора в результате соосаждения с гидроксидами Fe и Mn либо сорбции на глинистых частицах [1, 10, 11].

Фракционирование нормализованных РЗЭ в водах разных техногенных объектов на Букукинском месторождении имеет свои особенности (рис.3). Так, спектры их распределения в водах подотвальных, штольневых и дренирующих хвосты обогатительной фабрики (ОФ) отличает накопление в области легких и средних РЗЭ (Lan/Ybn – 1,25-2,49). Обратного типа кривая распределения с обеднением в области легких и обогащением в области средних и тяжелых РЗЭ характерна карьерным водам (Lan/Ybn – 0,65). В штольневых водах установлена аномалия по европию (Eu/Eu* – 1,46-1,61).

missing image filemissing image file

missing image filemissing image file
 
 

Рис. 3. Нормализованное по сланцу (PAAS) распределение РЗЭ в техногенных водах месторождений

Спектры распределения РЗЭ в водах на Антоновогорском месторождении имеют сходную конфигурацию (рис.3), характеризуются направленностью кривых в сторону обогащения по тяжелым и средним лантаноидам (Lan/Ybn – 0,11-0,52) и выраженной положительной аномалией по европию (Eu/Eu* – 1,73-7,03) (исключая штольневые воды).

Профили распределения лантаноидов в водах Белухинского месторождения (рис. 3)характеризуются общим для всех накоплением средних РЗЭ и цериевым минимумом.В водах из ручья и дренажа песков ОФ отмечается обогащение в области легких РЗЭ(Lan/Ybn – 1,22-2,17), тогда какводам подрусловой разгрузки свойственно обратное(Lan/Ybn – 0,95).

Конфигурации профилей распределения лантаноидов в водах Спокойнинского месторождения существенно разнятся (рис. 3) и по характеру фракционирования могут быть условно поделены на два типа. Водам основной части исследованных техногенных объектов характерно накопление лантаноидов средней и тяжелой групп (Lan/Ybn – 0,30-0,86). Это околонейтральные и слабощелочные воды пруда и разгрузки в шламохранилище, а также водохранилища и из скважины северо-восточнее шламохранилища. Для них характерны как отрицательные, так и положительные европиевые аномалии (Eu/Eu* – 0,40-2,47). Иное распределение с обогащением групп средних и легких РЗЭ зафиксировано в водах на дне карьера (Lan/Ybn – 1,56), им же свойственен европиевый максимум (Eu/Eu* – 1,58).

Европиевые аномалии обычно объясняются особенностями состава водовмещающих породопределенных территорий. В нашем случае, в пределах одного района зафиксированы как отрицательные, так и положительные аномалии европия. Для выяснения этого вопроса, а также выявленных особенностей фракционирования РЗЭ в водах вольфрамовых месторождений необходимо проведение более широких исследований, включая изучение их форм миграции и распределение в первичных и вторичных минеральных фазах.

Заключение

Проведенные исследования позволили впервые выявить основные закономерности распределения редкоземельных элементов в техногенных водах вольфрамовых месторождений Забайкалья.Наиболее высокие концентрации РЗЭ зафиксированы в кислых сульфатных с повышенной минерализацией водах Букукинского месторождения, что в целом характерно для кислых рудничных води объясняется принадлежностью их к группе элементов-гидролизатов.Анализ профилей распределения нормированных относительно постархейского австралийского сланца РЗЭ в водах месторожденийпоказал общее для всех накопление элементов средней группы и наличие аномалий по европию и церию.


Библиографическая ссылка

Чечель Л.П. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ РЗЭ В ТЕХНОГЕННЫХ ВОДАХ ВОЛЬФРАМОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-6. – С. 983-988;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=10971 (дата обращения: 19.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074