Термодинамическая модель окисления сульфидных руд месторождения Новоширокинское (Восточное Забайкалье)

Статья в Elpub

Геосферные исследования. 2018; : 43-50

Термодинамическая модель окисления сульфидных руд месторождения Новоширокинское (Восточное Забайкалье)

Еремин О. В., Юргенсон Г. А., Эпова Е. С.

Аннотация

Впервые выполнена термодинамическая модель окисления сульфидных руд Новоширокинского золото-полиметаллического месторождения в Восточном Забайкалье. Сульфидные руды сложены сульфидами и сульфо-солями. Главные минералы представлены пиритом, галенитом, сфалеритом, халькопиритом. Особенностью сульфидов и сульфосолей является их сурьмянистость. В результате расчета термодинамического равновесия для системы «твердые фазы-водный раствор-газовая фаза» при T = 25°С, P = 1 атм. определены равновесные минеральные ассоциации, в целом показывающие соответствие модельного и природного минералообразования. Результаты моделирования показали, что для совершенствования термодинамических расчетов необходимы дополнительные данные для стандартных потенциалов Гиббса гипергенных минералов сурьмы и мышьяка.

Список литературы

1. Али А.А., Прокофьев В.Ю., Кряжев С.Г. Геохимические особенности формирования Ново-Широкинского золото-полиметаллического месторождения (Восточное Забайкалье, Россия) // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2014. № 2. С. 15-21

2. Булах А.Г., Булах К.Г. Физико-химические свойства минералов и компонентов гидротермальных растворов. Л. : Недра, 1978. 167 с

3. Гордеев В.И., Иванов С.И. Технико-экономическое обоснование разведочных кондиций для подсчета запасов золота, свинца и цинка Ново-Широкинского месторождения по состоянию на 01.01.2007 г. ООО «Забайкалзолотопроект». Чита, 2007. 157 с

4. Еремин О.В., Русаль О. С., Бычинский В.А., Чудненко К.В., Фомичев С.В., Кренев В.А. Расчет стандартных термодинамических потенциалов сульфатов и гидроксосульфатов алюминия // Журнал неорганической химии. 2015. № 8. С. 1048-1055

5. Еремин О.В., Юргенсон Г.А., Солодухина М.А., Эпова Е.С. Гипергенные минералы сурьмы и висмута: Метод оценки их стандартных потенциалов Гиббса // Минералогия техногенеза. 2018. № 19. С. 103-131

6. Карпов И.К., Киселев А.И., Летников Ф.А. Моделирование природного минералообразования на ЭВМ. М. : Недра, 1976. 256 с

7. Коваленкер В.А., Абрамов С. С., Киселева Г.Д., Крылова Т.Л., Языкова Ю.И., Бортников Н.С. Крупное Быстринское Cu-Au-Fe-месторождение (Восточное Забайкалье) - первый в России пример ассоциированной с адакитами скарново-порфировой рудообразующей системы // Доклады академии наук. 2016. Т. 468, № 5. С. 547-552

8. Костина Г.М., Юргенсон Г. А., Глотова Е.В. Технологические исследования золотосодержащей руды коры выветривания Олимпиаднинского месторождения // Сборник рефератов НИР ЗабНИИ. Чита, 1983. С. 105-106

9. Прокофьев В.Ю., Киселева Г.Д., Доломанова-Тополь А.А., Кряжев С.Г., Зорина Л.Д., Краснов А.Н., Борисовский С.Е., Трубкин Н.В., Магазина Л.В. Минералогия и условия формирования Новоширокинского золото-полиметаллического месторождения (Восточное Забайкалье, Россия) // Геология рудных месторождений. 2017. Т. 59, № 6. С. 542-575

10. Эпова Е.С., Юргенсон Г.А., Еремин О.В. Особенности перехода в миграционное состояние химических элементов из золото-полиметаллических руд Новоширокинского месторождения // Материалы Всеросс. конф. с междунар. участием «Эволюция биосферы и техногенез», VI Всеросс. симп. с междунар. участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и XIII Всеросс. чтений памяти акад. А.Е. Ферсмана «Рациональное природопользование», «Современное минералообразование», посв. 35-летию ИПРЭК СО РАН. Улан-Удэ : Изд-во БНЦ СО РАН, 2016. С. 226-229

11. Юргенсон Г.А. Особенности минералогии и формирования зоны окисления в условиях многолетнемерзлых пород // Проблемы рудообразования, поисков и оценки минерального сырья : материалы конф., посв. 100-летию акад. С.С. Смирнова. Новосибирск : СО РАН, 1996. С. 127-160

12. Юргенсон Г.А. Зона окисления в многолетнемерзлых породах // Записки ВМО. 1997. Ч. 126, № 5. С. 15-27

13. Юргенсон Г.А. Минеральное сырье Забайкалья. Ч. I: Черные и цветные металлы. Чита : Поиск, 2006. 256 с

14. Ashworth Ch., Frisch G. Complexation equilibria of indium in aqueous chloride, sulfate and nitrate solutions: An electrochemical investigation // J. Solution Chem. 2017. V. 46. P. 9-10

15. Chernorukov N.G., Karyakin N.V., Suleimanov E.V., Barch S.V., Alimzhanov M.I. Thermodynamics of aluminum monophosphate and aluminum uranoarsenate // Radiochemistry. 2002. V. 44. P. 216-218

16. Eremin O.V. The Gibbs energy increments for minerals of Pb-jarosite group // Physical Chemistry: An Indian Journal. 2015. № 10. P. 90-95

17. Gaboreau S., Viellard Ph. Prediction of Gibbs free energies of formation of minerals of the alunite supergroup // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004. V. 68. P. 3307-3316

18. Hemingway B., Seal R., Chou I-M. Thermodynamic data for modeling acid mine drainage problems: Compilation and estimation of data for selected soluble irom-sulfate minerals / U.S. Geologecal Survey, open-file report 2002. 161 р

19. Majzlan J., Stevko M., Dach E., Benisek A., Plasil J., Sejkora J. Thermodynamics, stability, and phase relations among euchro-ite, Cu2(AsO4)(OH)-3H2O), and related minerals // Eur. J. Mineral. 2017. V. 29. P. 5-16

20. Majzlan J., Dach E., Benisek A., Plasil J., Sejkora J. Thermodynamics, crystal chemistry and structural complexity of the Fe(SO4)(OH)(H2O)x phases: metahohmannite, butlerite, parabutlerite, amarantite, hohmannite, and fibroferrite // Eur. J. Mineral. 2018a. V. 30. P. 259-275

21. Majzlan J., Kiefer S., Herrmann J., Stevko M., Sejkora M., Chovan M., Lanczos T., Lazarov M., Gerdes A., Langenhorst F., Radkova A., Jamieson H., Milovsky R. Synergies in elemental mobility during weathering of tetrahedrite [(Cu,Fe,Zn)12(Sb,As)4S13]: Field observations, electron microscopy, isotopes of Cu, C, O, radiometric dating, and water geochemistry // Chemical Geology. 2018b. V. 488. P. 1-20

22. Majzlan J., Nielsen U.G., Dach E., Benisek A., Drahota P., Kolitsch U., Herrmann J., Bolanz R., Stevko M. Thermodynamic properties of mansfieldite (AlAsO4-2H2O), angelellite (Fe4(AsO4)2O3), and kamarizaite (Fe3(AsO4)2(OH)3-3H2O) // Mineralogical Magazine. 2018c. P. 1-28

23. Nordstrom D.K., Majlan J., Konigsberger E. Thermodynamic properties for arsenic minerals and aqueous species // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2014. V. 79. P. 217-255

24. Yokokawa H. Tables of thermodynamic properties of inorganic compounds // Journal of the national chemical laboratory for industry. Tsukuba Ibaraki 305, Japan. 1988. V. 83. P. 27-118

Geosphere Research. 2018; : 43-50

Thermodynamic model of the oxidation of sulfide ores of the Novoshirokinskoe deposits (Eastern Transbaikalia)

Eremin O. V., Yurgenson G. A., Epova E. S.

Abstract

The thermodynamic model of the oxidation of sulfide ores from the Novo-Shirokinsky gold-polymetallic deposit in Eastern Transbaikalia was performed. Sulfide ores are composed of sulfides and sulfosalts. The main ore minerals are galena, sphalerite, pyrite; secondary - chalcopyrite, hematite, covellite, malachite, smithsonite, rare antimony sulfosalts (burnonite, polibazite, boulangerite), freybergite, gold, bornite, chal-cocite, anglesite, aikinite, tetrahedrite. The peculiarity of sulfides and sulfosalts is their antimony. The task of calculating thermodynamic equilibrium for the system "solid phases - water solution - gas phase" at T = 25°С, P = 1 atm was formed in the "Selector" PC. The solid phase is represented by 100 g of ore-bearing rock with the chemical composition: (wt. %) -S (30), Si (14), Al (1.5), Pb (3), Zn (0.7), Fe (25 ), Cu (6), Cd (0.01), As (0.5), Sb (3), Bi (0.1), Ag (0.1), Mg (0.4), Ca (0.2), K (0.7), Na (0.04), Mn (0.1) and with impurity elements (ppm) -Au (20), In (14), U (0.1). The liquid phase was determined in the amount of 1 kg H2O. The system was considered open to the gas phase with the composition of the modern earth atmosphere. The simulation results showed that the oxidation of sulfide ores in the presence of water leads to the formation of a strongly acidic sulfate solution, in which silicate anions, phosphoric acid, compounds of potassium, sodium, iron, manganese, copper, cadmium, lead, silver, gold and indium. The bulk of the equilibrium with a solution of minerals is represented by hydroxosulfates of iron and aluminum; in a smaller amount, zinc and calcium sulfates are formed. The class of phosphate minerals is represented by strengite, zairite and ra-nunculite. The only mineral of the class of oxides present at equilibrium is tripuhyite. The transformation of alumosilicate minerals leads to the formation of aluminite, a part of aluminum is transferred to the composition of uranyl hydroxophosphate - ranunculite. Arsenic, which is part of the primary minerals, is completely oxidized to form arsenate Mg₃(AsO₄)₂-8H₂O. Silver and indium are present in the solution in sulfate forms, gold in the form of a hydroxo complex. Carbon dioxide from the atmosphere forms soluble carbonate complexes of copper, cadmium and lead. The exclusion of carbon from the model system leads to the appearance at equilibrium of Pb-jarosite (Pb₀₅Fe₃(SO₄)₂(OH)₆), biverite (Pb₀₉₄Fe₁₇₆Cu₁₁₂(SO₄)₂(OH)₆), and chalcanthite. The conducted modeling of the formation of mineral associations as a whole showed the correspondence of the model and natural mineral composition of sulfide oxidation products. Nevertheless, to improve the thermodynamic calculations, additional data are needed for standard Gibbs potentials of hypergene antimony and arsenic minerals.

References

1. Ali A.A., Prokof'ev V.Yu., Kryazhev S.G. Geokhimicheskie osobennosti formirovaniya Novo-Shirokinskogo zoloto-polimetallicheskogo mestorozhdeniya (Vostochnoe Zabaikal'e, Rossiya) // Vestnik Moskovskogo universiteta. Ser. 4. Geologiya. 2014. № 2. S. 15-21

2. Bulakh A.G., Bulakh K.G. Fiziko-khimicheskie svoistva mineralov i komponentov gidrotermal'nykh rastvorov. L. : Nedra, 1978. 167 s

3. Gordeev V.I., Ivanov S.I. Tekhniko-ekonomicheskoe obosnovanie razvedochnykh konditsii dlya podscheta zapasov zolota, svintsa i tsinka Novo-Shirokinskogo mestorozhdeniya po sostoyaniyu na 01.01.2007 g. OOO «Zabaikalzolotoproekt». Chita, 2007. 157 s

4. Eremin O.V., Rusal' O. S., Bychinskii V.A., Chudnenko K.V., Fomichev S.V., Krenev V.A. Raschet standartnykh termodinamicheskikh potentsialov sul'fatov i gidroksosul'fatov alyuminiya // Zhurnal neorganicheskoi khimii. 2015. № 8. S. 1048-1055

5. Eremin O.V., Yurgenson G.A., Solodukhina M.A., Epova E.S. Gipergennye mineraly sur'my i vismuta: Metod otsenki ikh standartnykh potentsialov Gibbsa // Mineralogiya tekhnogeneza. 2018. № 19. S. 103-131

6. Karpov I.K., Kiselev A.I., Letnikov F.A. Modelirovanie prirodnogo mineraloobrazovaniya na EVM. M. : Nedra, 1976. 256 s

7. Kovalenker V.A., Abramov S. S., Kiseleva G.D., Krylova T.L., Yazykova Yu.I., Bortnikov N.S. Krupnoe Bystrinskoe Cu-Au-Fe-mestorozhdenie (Vostochnoe Zabaikal'e) - pervyi v Rossii primer assotsiirovannoi s adakitami skarnovo-porfirovoi rudoobrazuyushchei sistemy // Doklady akademii nauk. 2016. T. 468, № 5. S. 547-552

8. Kostina G.M., Yurgenson G. A., Glotova E.V. Tekhnologicheskie issledovaniya zolotosoderzhashchei rudy kory vyvetrivaniya Olimpiadninskogo mestorozhdeniya // Sbornik referatov NIR ZabNII. Chita, 1983. S. 105-106

9. Prokof'ev V.Yu., Kiseleva G.D., Dolomanova-Topol' A.A., Kryazhev S.G., Zorina L.D., Krasnov A.N., Borisovskii S.E., Trubkin N.V., Magazina L.V. Mineralogiya i usloviya formirovaniya Novoshirokinskogo zoloto-polimetallicheskogo mestorozhdeniya (Vostochnoe Zabaikal'e, Rossiya) // Geologiya rudnykh mestorozhdenii. 2017. T. 59, № 6. S. 542-575

10. Epova E.S., Yurgenson G.A., Eremin O.V. Osobennosti perekhoda v migratsionnoe sostoyanie khimicheskikh elementov iz zoloto-polimetallicheskikh rud Novoshirokinskogo mestorozhdeniya // Materialy Vseross. konf. s mezhdunar. uchastiem «Evolyutsiya biosfery i tekhnogenez», VI Vseross. simp. s mezhdunar. uchastiem «Mineralogiya i geokhimiya landshafta gornorudnykh territorii» i XIII Vseross. chtenii pamyati akad. A.E. Fersmana «Ratsional'noe prirodopol'zovanie», «Sovremennoe mineraloobrazovanie», posv. 35-letiyu IPREK SO RAN. Ulan-Ude : Izd-vo BNTs SO RAN, 2016. S. 226-229

11. Yurgenson G.A. Osobennosti mineralogii i formirovaniya zony okisleniya v usloviyakh mnogoletnemerzlykh porod // Problemy rudoobrazovaniya, poiskov i otsenki mineral'nogo syr'ya : materialy konf., posv. 100-letiyu akad. S.S. Smirnova. Novosibirsk : SO RAN, 1996. S. 127-160