Физико-химическая модель образования гипергенных сульфатов на примере Шерловогорского месторождения (Восточное Забайкалье)

Статья в Elpub

Геосферные исследования. 2018; : 51-57

Физико-химическая модель образования гипергенных сульфатов на примере Шерловогорского месторождения (Восточное Забайкалье)

Аннотация

Приводятся результаты моделирования процессов гипергенного сульфатообразования в карьере Шерловогорско-го месторождения в диапазоне температур 0-45°С с помощью программного комплекса «Селектор». Установлены разнообразие сульфатов, очередность их появления и поля устойчивости, составлены ряды сульфатов в зависимости от температуры и количества молей воды в моделируемой системе.

Список литературы

1. Авдонин В.Н. Техногенное окисление сульфидов Красногвардейского месторождения на Урале // Материалы по минералогии месторождений Урала. Свердловск : УНЦ АН СССР, 1984. С. 63-69

2. Авченко О.В., Чудненко К.В., Александров И.А. Основы физико-химического моделирования минеральных систем. М. : Наука, 2009. 232 с

3. Белогуб Е.В., Щербакова Е.П., Никандрова Н.К. Сульфаты Урала: распространенность, кристаллохимия, генезис. М. : Наука, 2007. С. 30-31

4. Бортникова С.Б. Геохимия тяжелых металлов в техногенных системах (вопросы формирования, развития и взаимодействия с компонентами экосферы) : автореф. дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. Новосибирск, 2001. 48 с

5. Двуреченская С. С. Минералогия зоны гипергенеза одного из золото-серебряных месторождений Северо-Востока СССР : автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. М. : МГУ, 1987. 20 с

6. Жданов Ю.Я. Минералогия зоны окисления Купольного олово-серебряного месторождения // Геология и полезные ископаемые центральной части Главного металлогенического пояса Северо-Востока СССР. Якутск : Якутский научный центр СО АН СССР, 1989. С. 133-151

7. Зверева В.П., Ястремская Е.А., Лысенко А.И. Оценка влияния рудничных вод полиметаллических и касситерит-сульфидных месторождений Дальнегорского района на гидросферу методом физико-химического моделирования // Экологическая химия. 2014. № 23 (3). С. 159-166

8. Ерёмин О.В. Криоминералогенез в зоне окисления Удоканского месторождения : дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Чита, 2004. 102 с

9. Карасик М.А. Поведение кобальта в зоне окисления сульфидных месторождений // Вопросы минералогии, геохимии и петрографии. М. : Изд-во АН СССР, 1946. С. 275-282

10. Карпов И.К. Оптимальное программирование в физико-химическом моделировании обратимых и необратимых процессов минералообразования в геохимии // Ежегодник-1970. СибГЕОХИ. Иркутск, 1971. С. 372-383

11. Карпов И.К. Разработка теоретических основ физико-химического моделирования природных процессов минералообразования на ЭВМ // Фундаментальные исследования. Наука о Земле. Новосибирск : Наука, 1977. С. 91-94

12. Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМвгеохимии. Новосибирск : Наука, 1981. 247 с

13. Карпов И.К., Чудненко К.В., Артеменко М.В., Бычинский В.А., Кулик ДА. Термодинамическое моделирование геологических систем методом выпуклого программирования в условиях неопределенности // Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 7. С. 971-988

14. Касаткин А.В., Клопотов К.И., Плашил Я. Гипергенные минералы Шерловой Горы // Минералогический альманах: Шерловая Гора. 2014. Т. 19, вып. 2. С. 94-137

15. Павлюкова В. А., Маркович Т.И. Геохимические процессы в криогенных зонах окисления сульфидных месторождений // Химия в интересах устойчивого развития. 2006. № 1. С. 89-96

16. Птицын А.Б., Абрамова В.А., Маркович Т.И., Эпова Е.С. Геохимия криогенных зон окисления. Новосибирск : Наука, 2009. 88 с

17. Русаль О. С. Гипергенные сульфаты группы роценита Шерловогорского олово-полиметаллического месторождения Забайкальского края // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 400. C. 414-419

18. Сергутская О. С. Прогноз образования сульфатов магния в карьере Шерловогорского месторождения Забайкальского края // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2013. № 2 (43). С. 67-71

19. Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск : Гео, 2010. 287 с

20. Щербакова Е.П. Сульфатизация земной коры - последствие технической деятельности человека // Уральский минерал. Миасс : ИМин УрО РАН, 1995. № 5. С. 23-27

21. Эпова Е.С. Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления на примере Удоканского месторождения (Восточное Забайкалье) : дис. ... геол.-минерал. наук. Томск, 2014. 129 с

22. Юргенсон Г. А. Зона окисления в многолетнемерзлотных породах // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1997. Ч. CXXVI, № 5. С. 15-27

23. Яхонтова Л.К. Поведение кобальта в зоне окисления Дашкесанского железорудного месторождения // Труды минералогического музея АН СССР. 1961. Вып. 11. С. 123-138

24. Jambor J.L., Boyle R.W. Gunningite, a new zinc sulphate mineral from the Keno Hill-Galena area // Yukon, Canadian Mineralogist. 1962. № 7. P. 209-218

25. Jambor J.L., Nordstrom D.K., Alpers C.N. Metal-sulfate Salts from Sulfide Mineral Oxidation // Sulfate Minerals. Rev. Miner. Geochem. 2000. V. 40. P. 303-350

26. Marion G.M. Kargel J.S., Catling D.C. Modeling ferrous-ferric iron chemistry with application to martian surface geochemistry // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. V. 72. P. 242-266

27. Marion G.M., Mironenko M.V., Roberts M.W. FrezChem: A geochemical model for cold aqueous solutions // Computers & Ge-osciences. 2010. V. 36. P. 10-15

28. Moncur M.C. Hydrogeochemical, mineralogical and microbial processes occurring in old sulfide-rich tailing: Thesis doctor of philosophy in earth sciences. Waterloo, Ontario, Canada, 2015. 249 p

29. Nordstrom D.K. Aqueous pyrite oxidation and the consequent formation of secondary iron minerals // Acid sulfate weathering. 1982. V 3. P. 37-39

Geosphere Research. 2018; : 51-57

Physico-chemical model of formation of Hypergene sulfates on example Sherlovogorsk Deposit (Eastern Transbaikalia)

Rusal O. S.

Abstract

The results of modeling using the program complex "Selector" processes of hypergene sulfate formation in career of the Sher-lovogorsk deposit in the temperature range of 0-45°C. Hypergene geochemical processes in the Sherlovogorsk field career developing at a fast pace and cover a significant part of the territory. The process of oxidation of ores and host rocks leads to the appearance of a large number of different minerals groups of sulfates, carbonates, oxides, hydroxides, etc. Sulfates are soluble and insoluble forms. Soluble ones are mainly represented by crystallohydrates with the formula Me²+SO₄nH₂O. Hypergene sulfates are ephemeral, the conditions of their occurrence and the limits of stability are rather limited, so the field studies are mostly not real. The method of computer modeling proposed by I.K. Karpov is based on the principle of work consisting in minimizing the Gibbs energy and building a thermo-dynamic model containing information about the qualitative and quantitative composition of the solution and the percentage of minerals dropped out of it, pH-Eh-parameters of the system. The simulated system imitates the process of water evaporation on the evaporative geochemical barrier. In this model, attention is paid to the magnesium, copper and zinc minerals. At 0°C, the first of zinc, copper, magnesium, cobalt, sodium, lead and calcium sul-fates, as well as quartz, hematite, alunite appear in the system. The variety of sulfates, the order of their appearance and the field of stability are established, the series of sulfates are composed depending on the temperature and the number of moles of water in the simulated system. Despite the large variety of sulfates formed on the geochemical barrier, the solution retains an increased concentration of zinc, copper, magnesium and other metals. This is due to the finding of natural-technogenic system in the culmination stage of the oxidation process, which is characterized by the presence of a large number of water-soluble metal sulfates, sulfides which are less stable in oxidative conditions, primarily sphalerite, chalcopyrite and galena. According to V.P. Zvereva oxidation of sphalerite leads to the formation of highly concentrated solutions, but of them there is no crystallization of technogene minerals, and zinc and sulfur completely passes into the solution. In the solution, with a small amount of water moles, the content of zinc, copper and magnesium and sulfur is high enough within n10 -n 10^-3, the pH ranges from 0.48-1.64, Eh = 1.13-1.22 Solutions are highly mineralized, even with a small amount of water moles in the model, a large amount of metals and sulfur is present in the solution, which determine low pH values and high reactivity.

References

1. Avdonin V.N. Tekhnogennoe okislenie sul'fidov Krasnogvardeiskogo mestorozhdeniya na Urale // Materialy po mineralogii mestorozhdenii Urala. Sverdlovsk : UNTs AN SSSR, 1984. S. 63-69

2. Avchenko O.V., Chudnenko K.V., Aleksandrov I.A. Osnovy fiziko-khimicheskogo modelirovaniya mineral'nykh sistem. M. : Nauka, 2009. 232 s

3. Belogub E.V., Shcherbakova E.P., Nikandrova N.K. Sul'faty Urala: rasprostranennost', kristallokhimiya, genezis. M. : Nauka, 2007. S. 30-31

4. Bortnikova S.B. Geokhimiya tyazhelykh metallov v tekhnogennykh sistemakh (voprosy formirovaniya, razvitiya i vzaimodeistviya s komponentami ekosfery) : avtoref. dis. ... d-ra geol.-mineral. nauk. Novosibirsk, 2001. 48 s

5. Dvurechenskaya S. S. Mineralogiya zony gipergeneza odnogo iz zoloto-serebryanykh mestorozhdenii Severo-Vostoka SSSR : avtoref. dis. ... kand. geol.-mineral. nauk. M. : MGU, 1987. 20 s

6. Zhdanov Yu.Ya. Mineralogiya zony okisleniya Kupol'nogo olovo-serebryanogo mestorozhdeniya // Geologiya i poleznye iskopaemye tsentral'noi chasti Glavnogo metallogenicheskogo poyasa Severo-Vostoka SSSR. Yakutsk : Yakutskii nauchnyi tsentr SO AN SSSR, 1989. S. 133-151

7. Zvereva V.P., Yastremskaya E.A., Lysenko A.I. Otsenka vliyaniya rudnichnykh vod polimetallicheskikh i kassiterit-sul'fidnykh mestorozhdenii Dal'negorskogo raiona na gidrosferu metodom fiziko-khimicheskogo modelirovaniya // Ekologicheskaya khimiya. 2014. № 23 (3). S. 159-166

8. Eremin O.V. Kriomineralogenez v zone okisleniya Udokanskogo mestorozhdeniya : dis. ... kand. geol.-mineral. nauk. Chita, 2004. 102 s

9. Karasik M.A. Povedenie kobal'ta v zone okisleniya sul'fidnykh mestorozhdenii // Voprosy mineralogii, geokhimii i petrografii. M. : Izd-vo AN SSSR, 1946. S. 275-282

10. Karpov I.K. Optimal'noe programmirovanie v fiziko-khimicheskom modelirovanii obratimykh i neobratimykh protsessov mineraloobrazovaniya v geokhimii // Ezhegodnik-1970. SibGEOKhI. Irkutsk, 1971. S. 372-383

11. Karpov I.K. Razrabotka teoreticheskikh osnov fiziko-khimicheskogo modelirovaniya prirodnykh protsessov mineraloobrazovaniya na EVM // Fundamental'nye issledovaniya. Nauka o Zemle. Novosibirsk : Nauka, 1977. S. 91-94

12. Karpov I.K. Fiziko-khimicheskoe modelirovanie na EVMvgeokhimii. Novosibirsk : Nauka, 1981. 247 s

13. Karpov I.K., Chudnenko K.V., Artemenko M.V., Bychinskii V.A., Kulik DA. Termodinamicheskoe modelirovanie geologicheskikh sistem metodom vypuklogo programmirovaniya v usloviyakh neopredelennosti // Geologiya i geofizika. 1999. T. 40, № 7. S. 971-988

14. Kasatkin A.V., Klopotov K.I., Plashil Ya. Gipergennye mineraly Sherlovoi Gory // Mineralogicheskii al'manakh: Sherlovaya Gora. 2014. T. 19, vyp. 2. S. 94-137

15. Pavlyukova V. A., Markovich T.I. Geokhimicheskie protsessy v kriogennykh zonakh okisleniya sul'fidnykh mestorozhdenii // Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya. 2006. № 1. S. 89-96

16. Ptitsyn A.B., Abramova V.A., Markovich T.I., Epova E.S. Geokhimiya kriogennykh zon okisleniya. Novosibirsk : Nauka, 2009. 88 s

17. Rusal' O. S. Gipergennye sul'faty gruppy rotsenita Sherlovogorskogo olovo-polimetallicheskogo mestorozhdeniya Zabaikal'skogo kraya // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. 2015. № 400. C. 414-419

18. Sergutskaya O. S. Prognoz obrazovaniya sul'fatov magniya v kar'ere Sherlovogorskogo mestorozhdeniya Zabaikal'skogo kraya // Izvestiya Sibirskogo otdeleniya sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii. 2013. № 2 (43). S. 67-71

19. Chudnenko K.V. Termodinamicheskoe modelirovanie v geokhimii: teoriya, algoritmy, programmnoe obespechenie, prilozheniya. Novosibirsk : Geo, 2010. 287 s

20. Shcherbakova E.P. Sul'fatizatsiya zemnoi kory - posledstvie tekhnicheskoi deyatel'nosti cheloveka // Ural'skii mineral. Miass : IMin UrO RAN, 1995. № 5. S. 23-27

21. Epova E.S. Geoekologicheskie aspekty povedeniya khimicheskikh elementov v usloviyakh kriogennoi zony okisleniya na primere Udokanskogo mestorozhdeniya (Vostochnoe Zabaikal'e) : dis. ... geol.-mineral. nauk. Tomsk, 2014. 129 s