CC BY
94
УДК 549+551.73
Юргенсон Георгий Александрович Georgiy Yurgenson
Солодухина Мария Анатольевна Maria Solodukhina
МЫШЬЯК В ЗОНЕ ГИПЕРГЕНЕЗА ШЕРЛОВОГОРСКОГО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА
ARSENIC IN THE HYPERGENESIS ZONE OF SHERLOVOGORSKY MINING DISTRICT
Приведены первые данные о специализированном изучении мышьяка в зоне гипергенеза Шерло-вогорского горнопромышленного района. Выявлены главные минералы мышьяка в зоне гипергенеза и показано, что главными его носителями в почвах являются продукты окисления арсенопирита, представленные в основном скородитом и миметитом
Ключевые слова: мышьяк, зона гипергенеза, горнопромышленный район
The first data on the specialized studying arsenic in a zone of hypergenesis of Sherlovogorsky mining area are given in the article. The main minerals of arsenic in a zone hypergenesis are revealed and is shown, that its main carriers in soil are products of oxidation arse-nopyrit basically presented by scorodite and mimetite
Key words: arsenic, supergene zone, mining region
В результате детального изучения распределения мышьяка в почвах природных и антропогенных ландшафтов установлены содержания мышьяка, превышающие кларк и ПДК [1; 2; 3; 4; 7]. Установлено также активное усвоение его растениями, произрастающими в пределах зоны развития Шерловогорской рудно-магматической системы [5; 6; 8].
Зона окисления Шерловогорского оло-во-полиметаллического месторождения была объектом изучения многих исследователей в связи с относительно широким развитием её в пределах этого уникального месторождения (Е.И. Доломанова, Ю.С. Нестерова, Г.А. Арапова и др.). Сводка по состоянию изученности минералогии Шер-ловой Горы на 1973 г. была сделана О.Д. Онтоевым (1974). Однако эти исследования касались прежде всего проблем, связанных с генезисом месторождения и обогащением руд олова.
Кора выветривания Шерловогорско-го месторождения прослеживается по искусственным обнажениям на глубину до 10...15 м. В результате процессов гипергенеза околорудные породы интенсивно гидратированы, аргиллизированы, в них развиты гидроксиды железа и марганца. По тонким трещинам они содержат прожилки, корочки и натеки сульфатов и арсена-тов железа (скородит, питтицит) и свинца (миметит). Жильный материал пронизан тонкими пленками карбонатов, оксидов и гидроксидов железа и марганца. В полостях кварцево-жильного выполнения широко развиты глины, содержащие гидроксиды железа, марганца и молибдена. Повсеместно в трещинах и прожилках наблюдаются гипергенные слоистые силикаты. Они представлены галлуазитом, монтмориллонитом, гидробиотитом. В аргилизирован-ных гранитах в глинистые минералы погружены реликты полевого шпата, кварца,
***\ ■ ~
■* - “ Чк
?"ДР".'Л <• М* •<
топаза, берилла. В полостях, вскрываемых старателями, добывающими самоцветы, арсенопирит покрыт налетами и корочками скородита и питтицита. В полировках, изготовленных из желваков с арсенопиритом, наблюдаются как сплошные массы скородита (рис. 1), содержащие мелкие обломки кварца и берилла (рис. 2), так и кристаллические агрегаты арсенопирита, обрастающие пленками скородита, образующими петельчатые (рис. 3) и другие виды текстур. В краевых частях обломков агрегата арсенопирита скородит содержит обломки ювелирного аквамарина, линзообразные агрегаты халцедоновидного кварца.
Рис. 1. Массивный скородит. Натуральная величина
Рис. 2. Обломки берилла (белое) в скородите (желтое) и арсенопирите (черное). Прозрачный шлиф. Ув. 25х
Рис. 3. Петельчатая текстура скородита, образованная тонкими его прожилками и пленками в арсенопирите. Прозрачный шлиф. Ув. в 25х
В зоне окисления олово-полиметал-лического месторождения Сопка Большая наряду со скородитом развит миметит. Он образует прожилки, корки и отдельные кристаллы, имеющие форму шестигранных призм (рис. 4).
Рис. 4. Кристаллы миметита в трещине окисленной руды. Натуральная величина
Скородит и миметит являются чрезвычайно химически устойчивой формой мышьяка в зоне окисления и коре выветривания. Поэтому мышьяк в этих условиях далеко не мигрирует, а остается в коре выветривания и развивающейся по ней почве.
В коре выветривания по жиле Новой установлена прямая зависимость между содержанием мышьяка и фосфора (коэффициент корреляции 1) (рис. 5). Это связано с тем, что в зоне гипергенеза Шер-ловогорского горнорудного района развит преимущественно чистый миметит (РЬ5
[Аб04 ]3С1), лишенный примесей фосфора и ванадия. Зато вместо и наряду с ним присутствует фосфат свинца (РЬ5 [Р04 ]3С1) вульфенит. Поэтому свинец примерно пропорционально распределяется между ними, что и видно на рис. 5. Кроме того, в первичных свинцово-цинковых рудах постоянно присутствует основной носитель мышьяка
— арсенопирит, который интенсивно развит и в пределах другой части Шерловогор-ской рудно-магматической системы, где он наложен на бериллий-олово-висмут-воль-фрамовое оруденение с самоцветами.
І І4ь\*н|і;і і■ |м ■ -Л
■Ч-!
Рис. 5. Сравнение содержаний мышьяка и фосфора в коре выветривания на участке жила Новая
В этих условиях выявлена обратная связь между содержанием мышьяка и железа (II) с коэффициентом корреляции —
0,9 (рис. 6), в других разрезах установлена прямая связь между мышьяком и железом (III) с коэффициентом корреляции 0,8 (рис. 7).
Поведение мышьяка и железа в про-
филе четко различается в зависимости от минеральных форм этих химических элементов. Когда оба элемента связаны в скородите или арсенопирите, связь прямая, а в зоне миграции одного из них и концентрирования другого, — обратная (мышьяк в скородите, а железо в гидроксидах).
Рис. 6. Сравнение содержаний мышьяка и железа (II) в коре выветривания на участке жила Новая
I
500
Нкийф гроб -*-Аа -*-РнІІЬ
Рис. 7. Сравнение содержаний мышьяка и железа (III) в коре выветривания на участке жила Новая
В сильно измененных горных породах его относительное концентрирование происходит за счет накопления на фоне выноса других химических элементов.
Известно, что мышьяк в зоне окисления в виде арсената образует устойчивые соединения со многими катионами. Из них
в зоне окисления Шерловогорской рудномагматической системы установлены Си2+, РЬ2+, 7п2+, Н+, Мп2+, Мп3+, В13+, А13+, Fe2+, Fe3+. Но трехвалентное железо, алюминий и марганец предпочтительнее образует гидроксиды, лишь в небольшом количестве сорбирующие мышьяк (табл. 1).
Таблица 1
Минералы зоны окисления Шерловогорского рудного узла
Название минерала Химическая формула Содержание мышьяка As2O5, %
Скородит Ре3+ [АзО4] 2Н20 49,8
Миметит РЬД [ОЧАзОІ] 23,2
Бедантит (Н30, РЬ)Ре Л0Н6Б0, | АзО,] 35
Арсенолит Аб2Оз 99-1ОО
Адамит Ип 2АзО4(ОН)(Оо, Ре) 38,96-40,17
Питтицит Рє^АзО^ (БО,)з (0Н)24 -9^0 45,3
Фармаколит Н2 0а, Мд (АзО,),-11Н20 5О-53
Аурипигмент А32Б3 61, Аб
Реальгар АбБ 70,1 Аб
Арсеноклазит МпД [АзО,]2 [ОН], 36,93-36,97
Биндгеймит РЬ2 (БЬ, Аб) 207 п Н20 2,71
Фармакосидерит (Н, К) Ре, (АзО, )з (ОН), ■ 6Н20 37,16-39,21
Эринит 0и5 (АзО,)2 (ОН), 31,87-34,42
Г идрогетит Ре00НпН20 0,1-1,3
Гетит Ре00Н или Ре203 Н20 О,3-О,8
Вернадит Мп02 Н20 3 2 О,1-О,2
Псиломелан ВаМпМп,01О Н20 О,О5-О,7
В зоне окисления рудных месторождений мышьяк преимущественно связан с медью (34 минерала), кальцием (43 минерала), двух- и трехвалентным железом (по 16 минералов, а всего 33), цинком (26 минералов), марганцем (8 минералов) и свинцом (16 минералов). Процент содержания их дан в табл. 2. Из неё видно, что основная масса арсенатов мышьяка во многих регионах в качестве катионов имеет железо (13,5 %), марганец (6,87 %), кальций (16,41 %), медь (12,98 %), цинк (9,92%), свинец (6,1 %), которые широко представлены в зоне окисления Шерловогорского месторождения. В почвах и верхних частях коры выветривания вследствие недостатка подвижных катио-
нов, таких как свинец и медь, связанных в карбонатах (церуссит, малахит и азурит), а также цинка и магния, интенсивно выносимых сульфатными водами и отлагаемых на испарительных геохимических барьерах на дневной поверхности, двухвалентного железа и марганца, переходящих в трехвалентную форму и осаждающихся в виде гидроксидов, дефицит положительных зарядов компенсируется вхождением в состав арсенатов протона. Например, в фармаколите (Н2Са4М§ (Л§04)4 11Н20), в фармакосидерите (Н, К) Fe43+ (Л8О4)3-(0Н)4'6
- 7Н2О, где часть калия замещена на протон, или в бедантите (РЬН30) Fe33+ (Л§04) (ОН)б) , где часть свинца может быть замещена на Н3О+.
Таблица 2
Соотношение числа катионов, связанных в арсенатах в зоне гипергенеза
Катион Число минеральных видов арсенатов, содержащих катион Доля, %
Н+ 19 7,25
Mq 11 4,20
Na 10 3,82
Ca 43 16,41
AI 9 3,44
Mn2+ 18 6,87
Fe2+ 17 6,49
Fe2- 16 6,10
Cu2+ 34 12,98
Zn2+ 26 9,92
Pb 16 6,1
Остальные 43 16,42
Всего 262 100
В зоне гипергенеза Шерловогорского горнопромышленного района поведение мышьяка различно в условиях присутствия или отсутствия хлора, обеспечивающего кислые условия. При его отсутствии арсенопирит непосредственно переходит в
скородит, замещающий его. В присутствии хлора мышьяк мигрирует и, в случае появления в системе свинца, образует с ним миметит (РЬ5 [ С1 (А804 )3]), кристаллы
которого, в отличие скородита, пространственно обособлены от окисляющегося арсенопирита.
Выводы
Таким образом, мышьяк, несмотря на высокие содержания в горных породах и минералах, в зоне гипергенеза характеризуется слабой миграцией. Присутствие железа и свинца способствует образованию здесь скородита или миметита, являющихся главнейшими продуктами гипергенеза. Оба эти минерала геохимически устойчивы, что ограничивает подвижность мышьяка в зоне гипергенеза и в почвах и уменьшает его экологическую опасность за пределами территорий выхода на дневную поверхность обогащенных им рудно-магматических систем.
Литература
1. Корешкова Ю.В., Юргенсон Г.А. Формы нахождения мышьяка в почвогрунтах Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды III Всероссийского симпозиума с международным участием и IX Всероссийских чтений памяти акад. А.Е. Ферсмана 29 ноября. — 2 декабря 2010 г. — Чита, Россия. Чита: ЗабГГПУ, 2010. — С. 19-22.
2. Онтоев Д.О. Стадийность минерализации и зональности месторождении Забайкалья. — М.: Наука, 1974. — 244 с.
3. Солодухина М.А. Мышьяк в почвообразующих горных породах и почве Шерловогорского горнорудного района Забайкальского края // Кулагинские чтения: IX Всероссийская научнопрактическая конференция. — Чита: ЧитГУ, 2009. — Ч. 1. — С. 119-123.
4. Солодухина М.А., Юргенсон Г.А., Смирнова О.К. Мышьяк в почвах Шерловогорского рудного района // Вестник ЗабЦ РАЕН. — 2010. — № 1 (3). — С. 15-19. (0,1 п. л.) // Вестник ЗабЦ РАЕН. - 2010. - № 1 (3). - С. 15-19.
5. Юргенсон Г.А., Солодухина М.А., Смирнов А.А., Смирнова О.К., Боковенко Л.С. К проблеме биологического поглощения токсичных химических элементов растениями в природных и геотехногенных системах // Вестник МАНЭБ. Санкт-Петербург-Чита, 2009. Проблемы безопасности жизнедеятельности Забайкальского края. Т. 14. — № 3. — С. 110-113.
6. Юргенсон Г.А., Солодухина М.А., Смирнов А.А. К проблеме биологического поглощения вольфрама, молибдена и мышьяка растениями на примере полыни Гмелина // Вестник Забайкальского центра РАЕН. — 2009. — № 1. — С. 16-21.
7. Юргенсон Г.А. Геоэкологические последствия рудной добычи на разных территориях Сибири и Северо-Востока РФ // Проблемы освоения техногенного комплекса местороождений зо-
лота: Материалы межрегиональной конференции: СВКНИИ ДВО РАН. — Магадан, 2010. — С. 58-72
8. Yurgenson G.A., Solodukhina M.A., Goriachkina A.G. Arsenic in Dry Steppes Landscape Hypergenesis Zone // Proceedings of the 2nd Internacional Symposium of Geosciens in NE Asia and the 9th Cina-Korea Joint Sympossium of Geology on Crustal Evolution in NE Asia. July 31-August 4, 2002. —
Changchun, China. — P. 130-131.
Коротко об авторах_____________________________
Юргенсон Г.А., д-р геол.-минер. наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, зав. лабораторией геохимии и рудогенеза Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИПРЭК СО РАН), профессор кафедры химии Забайкальского государственного университета (ЗабГУ) [email protected]
Научные интересы: минералогия, геохимия, ру-догенез, геммология
Солодухина М.А., мл. научный сотрудник лаборатории геохимии и рудогенеза Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИПРЭК СО РАН) [email protected]
Научные интересы: геохимия и биогеохимия микроэлементов
____________________Briefly about the authors
G. Yurgenson, Honored Science Worker of RF, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, professor, head of Geochemistry and Ore Deposits genesis laboratory of Institute of Nature Resources, Ecology and Criology SB RAS, professor of chemistry department, Zabaikalsky State University
Scientific interests: mineralogy, geochemistry, gem-ology and ore deposits genesis
M. Solodukhina, junior researcher, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of RAS Siberian Branch, Russia
Scientific interests: mineralogy, geochemistry and biogeochemistry of trace elements
