CC BY
273
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РАССОЛОВ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛИТИЯ И БРОМА
Степан Львович Шварцев
Томский Филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 634021, г. Томск, Академический пр., 3, доктор геолого-минералогических наук, профессор, директор, тел. (3822)491-581, е-mail: [email protected]
Сергей Владимирович Алексеев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией гидрогеологии, тел. (3952)426-637; е-mail: [email protected]
Андрей Гелиевич Вахромеев
Иркутский филиал «Роснефть-Бурение», 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 257, оф. 901-917, доктор геолого-минералогических наук, главный геолог; тел. 8983-418-51-48, е-mail: [email protected]
Людмила Павловна Алексеева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, тел. (3952)422777, е-mail: [email protected]
Представлены новые данные о распространении и геохимических особенностях промышленных подземных вод Иркутской области, Красноярского края и Западной Якутии, перспективных для извлечения ценных компонентов - лития и брома.
Ключевые слова: промышленные рассолы, литий, бром, гидрогеологические формации и водоносные комплексы, геохимия подземных вод, Сибирская платформа.
PERSPECTIVE USE OF INDUSTRIAL BRINES IN SIBERIAN PLATFORM FOR EXTRACT OF LITHIUM AND BROMINE
Stepan L. Shvartsev
Tomsk department of Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of Russian Academy of Science, Academicheskiy av., 3, Tomsk, 634021, DSci, professor, Director, tel. (3822)491-581, е-mail: [email protected]
Sergey V. Alexeev
Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of Russian Academy of Science, Lermontov street, 128, Irkutsk, 664033, DSci, Head of Laboratory of hydrogeology, tel. (3952)426637; е-mail: [email protected]
Andrey G. Vakhromeev
Irkutsk Department of «Rosneft'burenie», Lermontov street, 257, of. 901-917, Irkutsk, 664033,
DSci, Principle geologist, tel. 89834185148; е-mail: [email protected]
Ludmila P. Alexeeva
Institute of the Earth’s Crust of Siberian Branch of Russian Academy of Science, 128 Lermontov street, Irkutsk, 664033, PhD in Geology, Senior research scientist, tel. (3952)422777; е-mail: [email protected]
New data on the distribution and geochemical characteristics of ground industrial brines on the Irkutsk and Krasnoyarsk regions and Western Yakutia, prospecting to extract valuable components - lithium and bromine are presented.
Key words: industrial brines, lithium, bromine, hydrogeological formations and aquifer complexes, groundwater geochemistry, Siberian Platform.
Литий и бром сегодня используются практически во всех областях человеческой деятельности: электрохимической и ядерной энергетике;
авиационном и ракетно-космическом материаловедении; оборонной, химической и нефтехимической промышленности; металлургии; машиностроении; медицине и санитарии; электронной технике.
Одной из насущных задач современности является переход от разработки твердых месторождений полезных ископаемых к освоению нетрадиционного гидроминерального сырья. Огромные ресурсы "жидкой" руды содержит в своих недрах Сибирская платформа.
Цель настоящей статьи - дать представление о распространении и геохимических особенностях высококонцентрированных поликомпонентных рассолов, о содержании лития и брома в этих высокоминерализованных растворах на Сибирской платформе с привлечением новейших данных, полученных при геолого-гидрогеологических исследованиях в этом регионе.
Требования к минимальным концентрациям в промышленных водах не являются постоянными и обусловлены во многом уровнем развития экономики, техники и технологии, потребления этих компонентов в различных отраслях хозяйства и конъюнктурой мирового рынка. В настоящее время минимальные концентрации элементов, представляющих промышленный интерес (кондиционное содержание), составляют (мг/л): литий - 10-20, бром - 150-250.
В хлоридных рассолах Сибирской платформы содержание лития и брома в десятки раз превышает концентрации этих элементов в водах, что позволяет рассматривать природные растворы как уникальное промышленное сырье (табл. 1).
Таблица 1. Максимальное содержание брома и лития в подземных рассолах
Сибирской платформы
Район Минерализация воды, г/л Br-, мг/л Li+, мг/л
Иркутская область 631 12600 480
Красноярский край 386 8000 900
Западная Якутия 404 6500 415
Рассолы платформенной части Иркутской области. Осадочные толщи платформенной части Иркутской области (южной части Сибирской платформы) представлены породами от позднего докембрия до среднего палеозоя. Большую часть разреза занимают нижнепалеозойские (кембрийские) отложения, за исключением южной и юго-восточной окраин региона, где широко развиты траппы пермо-триаса.
Отложения чехла вмещают разнообразные по составу и минерализации подземные воды - от пресных до рассолов различной крепости, в том числе и предельно насыщенных с минерализацией более 600 г/л. Распространение рассолов в рассматриваемом регионе предопределяется присутствием в разрезе каменной соли.
По отношению к пластам каменной соли в регионе выделяются подсолевая (терригенная), соленосная (галогенная) и надсолевая (карбонатная) гидрогеологические формации. С точки зрения освоения подземных промышленных вод наиболее перспективными являются соленосная (галогенная) и подсолевая (терригенная) гидрогеологические формации. Для галогенной формации характерно развитие крепких, весьма крепких и предельно насыщенных рассолов с минерализацией 380-500 г/л (при максимальном значении 631 г/л). По химическому составу они относятся к хлоридным натриево-кальциевым, реже кальциево-натриевым.
Среднее содержание лития в рассолах галогенной формации составляет 208, брома - 5 200 мг/л при максимальной их концентрации 600 и 12 600 мг/л.
Рассолы терригенной гидрогеологической формации имеют минерализацию 195-423 г/л. По химическому составу они хлоридные натриево-кальци-евые. В целом среднее содержание лития в рассолах составляет 68, а брома - 4 000 мг/л.
Рассолы Красноярского края развиты в западной части Сибирской платформы, включая Тунгусскую синеклизу. Нижние горизонты чехла представлены галогенно-карбонатными породами венда-кембрия. Выше залегает толща преимущественно карбонатно-терригенных образований верхнего кембрия, ордовика, силура, девона и нижнего карбона. Перекрывают ее угленосные толщи верхнего палеозоя. С поверхности осадочные отложения перекрыты вулканогенными образованиями нижнего триаса.
Тунгусская синеклиза является крупнейшим резервуаром хлоридных солёных вод и рассолов, которые повсеместно заполняют отложения от докембрия до триаса и имеют куполообразное залегание на площади около 400 тыс. км . Это феноменальная гидрогеохимическая область с однозональным типом разреза.
В составе рассолов абсолютное преобладание среди анионов имеет хлор. Вариации катионного состава связаны с изменением содержания натрия и кальция (магний всегда имеет подчиненное значение) - от почти полного отсутствия до абсолютного преобладания одного за счет другого. Минерализация хлоридных рассолов достигает 386 г/л, максимальное содержание лития и брома в рассолах Красноярского края составляет 1 000 и 8 000 мг/л.
Рассолы Западной Якутии. Отложения осадочного чехла представлены терригенно-карбонатными толщами венда, галогенно-карбонатными,
терригенно-карбонатными осадками кембрия и ордовика, терригенными толщами верхнего палеозоя и нижнего мезозоя. Осадочный чехол прорван большим количеством трапповых интрузий и кимберлитовых трубок.
Характерной особенностью геологического строения северной части Западной Якутии является отсутствие мощных выдержанных пластов каменной соли. Хлоридные кальциевые рассолы с минерализацией до 400 г/л приурочены как к многочисленным кимберлитовым телам, так и к вмещающим осадочным породам. Среднее содержание лития в подземных водах составляет 138, брома -3900 мг/л при максимальной их концентрации 415 и 6500 мг/л.
Южнее 64° с.ш. распространение рассолов контролируется пластами каменной соли. В рассолах соленосной и подсолевой гидрогеологических формаций содержание лития и брома достигает 91 и 6800 мг/л соответственно.
Региональные оценки геологических и извлекаемых запасов солей в уникальных рассолах Сибирской платформы [1-6] доказывают чрезвычайно высокую перспективность сырьевой базы для использования гидроминерального сырья («жидкой поликомпонентной руды») как альтернативного по отношению к твердым месторождениям полезных ископаемых. Эксплуатационные запасы высококонцентрированных рассолов Иркутской области, Красноярского края и Западной Якутии являются достаточной базой для организации промышленного производства лития, брома и других ценных компонентов с низкой себестоимостью.
Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума СО РАН (ИП № 110 "Гидроминеральные ресурсы Сибири и сопредельных территорий:
рудогенерирующий потенциал, новые технологии комплексной переработки, экологическая безопасность").
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеев С.В., Алексеева Л.П., Вахромеев А.Г. Литиеносные подземные воды Сибирской платформы // Материалы Всероссийского научно-практического совещания с международным участием. Новосибирск. 24-26 мая 2011г. Издательство СО РАН, 2011. С. 714.
2. Анциферов А.С. Ресурсы уникальных хлоридных кальциевых рассолов Сибирской платформы и проблемы их промышленного освоения // Разведка и охрана недр, 2004. № 8-9.
С. 30-32.
3. Вахромеев А.Г. Закономерности формирования и концепция освоения промышленных рассолов (на примере юга Сибирской платформы): Автореф. дис. ... докт. геол.-мин. наук. - Иркутск, 2009. 36 с.
4. Владимиров А.Г., Пиннекер Е.В., Писарский Б.И., Алексеев С.В., Кусковский В.С., Владимиров В.Г., Волкова Н.И., Белозеров И.М. Оценка литиеносности подземных вод и высокоминерализованных озер Красноярского края, Республики Хакасия и Иркутской области // Результаты работ по государственному заказу ОАО «ТВЭЛ», 1996, в двух томах.-Т. 1 - 356 с., Т. 2 - 420 с.
5. Вожов В.И., А.А. Герт, М.Н. Назарова, Е.М. Паркаев Ресурсы гидроминерального сырья Тунгусского бассейна и экономическая оценка их использования // Результаты работ
по Межведомственной региональной научной программе «Поиск» за 1992-1993 гг. Ч. 2. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995. С. 108-111.
6. Дзюба А.А., Пиннекер Е.В., Шварцев С.Л. Обоснование категорий и методики оценки геологических запасов рассолов Сибирской платформы // Результаты работ по Межведомственной региональной научной программе «Поиск» за 1992-1993 гг. Ч. 2. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995. С. 101-104.
© С.Л. Шварцев, С.В. Алексеев, А.Г. Вахромеев, Л.П. Алексеева, 2012
