Содержание к диссертации
Глава 1. Характеристика объекта исследований 8
Удоканское месторождение 8
Зона окисления Удоканского месторождения 14
Минералообразование эпохи криогенеза 17
Глава 2. Свойства кристаллогидратных соединений 23
Термодинамические характеристики воды в гидратах 24
Кластерный анализ гидрофильности гидратов 36
2.3 .Некоторые особенности дегидратации кристаллогидратов 43
2.4.Устойчивость гидратов при климатических изменениях 44
Глава 3. Моделирование окисления сульфидов меди в программном
комплексе «Селектор» 47
Минералообразование при окислении промороженного борнит-халькозин-кварцевого песчаника с карбонатным цементом при 0 С ... 47
Формирование модели 48
3.3. Поведение системы Cu-Fe-Ca-S-C-H20-02 при переменном
содержании кислорода 52
Фазовая диаграмма в координатах вода-кислород 57
Система Cu-Fe-Ca-S-C-H20-02 в современной атмосфере 60
з
Глава 4. Эксперименты по взаимодействию «вода-порода» при низких
температурах 64
4.1. Воздействие кислых растворов на сульфидные и окисленные
минералы меди 67
4.2. Электрохимические потенциалы в мерзлых средах 73
Заключение 76
Литература 79
Приложение
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие зон окисления сульфидных месторождений в условиях криогенеза имеет свои особенности в характере миграции, перераспределения и образования устойчивых форм рудных и сопутствующих элементов. Отрицательные температуры зоны гипергенеза способствуют образованию высококонцентрированных рассолов, незамерзающих водных прослоек и плёнок, смесей льда и кристаллогидратов, жидких включений и газовых гидратов.
Слабая изученность геохимических процессов при низких температурах, интенсификация разработки недр северных месторождений, потепление климата Земли и синхронная с этим деградация криолитозоны -определяют актуальность подобных исследований.
Цель работы. Изучение методами экспериментального и численного
моделирования процессов минералообразования в зоне окисления
* Удоканского месторождения в условиях низких температур.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
- минералого-геохимические исследования на месторождении;
- анализ термохимических свойств кристаллогидратов;
- экспериментальное и численное моделирование процессов окисления
сульфидов меди и железа.
Объект исследований - образцы руд и пород Удоканского
месторождения, отобранные как в условиях естественного залегания, так и
из отвалов разведочных выработок.
щ Методы исследований:
полевые работы;
лабораторные минералого-геохимические исследования;
лабораторные эксперименты;
методы численного моделирования, статистической обработки данных измерений и вычислений.
Основные защищаемые положения и результаты.
1. Методами описательной статистики, использующих аддитивность
термохимических свойств кристаллизационной воды в гидратах, показана
зависимость сродства солей и минералов к воде от радиуса составляющих их
катионов.
2. В результате термодинамического моделирования определены
области равновесных минеральных парагенезисов системы Cu-Fe-Ca-S-C-
Н2О-О2 в координатах Н20-02 при О С. Полученная диаграмма позволяет
проводить реконструкцию гидрологических и окислительных условий
минералообразования при окислении высокомедистых (борнит-
халькозиновых) известковистых песчаников. Для возрастающего количества
кислорода, участвующего в процессах окисления, можно выделить
следующие последовательности продуктов окисления сульфидов: Си20
(куприт), CuO(CuS04) (долерофанит), СиО (тенорит), Ре2Оз (гематит) — для
пониженной влажности; Cu-самородная, Си20, CaS04-2H20 (гипс),
CuS04-5H20 (халькантит), FeS04-7H20 (мелантерит), гидроксокарбонаты
меди (малахит, азурит) - для умеренной влажности; CuS04*5H20,
CaS04-2H20, FeOOH (гётит), гидроксосульфаты с кристаллизационной водой
(гидроантлериты и гидроброшантиты), лёд — при повышенной влажности.
3. Физико-химические условия криогенной зоны окисления
сульфидных месторождений благоприятствуют образованию минералов с
кристаллизационной водой.
Достоверность результатов определяется значительным объемом полевого материала, полученного как лично автором, так и другими сотрудниками ЧИЇ IP СО РАН за предшествующий период, хорошим аналитическим обеспечением обработки полевого материала и продуктов экспериментов, взаимоконтролем используемых методов, использованием последней версии программного комплекса «Селектор».
Научная новизна. Предложены алгоритмы оценки стандартных термодинамических потенциалов кристаллогидратов на основе аддитивных
6 свойств кристаллизационной воды. При достаточных выборках различных классов соединений со связанной водой рассмотрены возможности применения методов описательной статистики в оценках их термохимических свойств.
В среде программного комплекса «Селектор» проведены численные эксперименты окисления сульфидов меди Удоканского месторождения в присутствии кальцита и кварцевого песчаника. По результатам моделирования построена диаграмма равновесных фазовых состояний изученной системы в координатах вода-кислород, при О С. Продемонстрированы возможности использования подобных диаграмм в вопросах реконструкции физико-химических условий процессов криоминерал образования.
В экспериментах с удоканскими породами, рудами и минералами отмечено образование некоторых кристаллогидратов (гипс, халькантит) при температурах < О С.
Впервые проведены потенциометрические измерения в некоторых системах типа «металл-НгО», «минерал-НгО», «порода-НгО» при отрицательных температурах.
Практическое значение работы обусловлено широким
распространением криогенных зон окисления на сульфидных
месторождениях Сибири и других регионов с многолетней мерзлотой.
Результаты работы могут быть использованы при разведке таких
месторождений, геоэкологических изысканиях, разработке
криогеотехнологических способов добычи металлов.
Личный вклад. Автор принимал участие в шести экспедициях на Удоканское месторождение.
Все работы по экспериментальному и численному моделированию выполнены автором.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международном симпозиуме "Геохимия ландшафтов и этногенез" (Улан-
Удэ, 1999), Международных научно-практических конференциях "Тяжёлые металлы и радионуклиды в окружающей среде" (Семипалатинск, 2000, 2002), Международной научной конференции "Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия" (Томск, 2000), на Международных конференций "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2001, 2003), Годичном собрании ВМО "Роль минералогических исследований в решении экологических проблем" (Москва, 2002), Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Похожие диссертации на Криоминералогенез в зоне окисления Удоканского месторождения
