География и геология / Техника
и технология геологоразведочных работ
Канд.
физ.-мат. наук, профессор Хайруллин Е.М.,
Д-р геол.-минерал.
наук, профессор Омирсериков М.Ш.,
Канд.
геол.-минерал. наук, Исаева Л.Д.
Казахский национальный
технический университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Редкие элементы и термодинамическое условие кристаллизации
минералов-носителей
В данной
статье рассматриваются термодинамические
условия кристаллизации рудных минералов, приводящие к концентрации редких
элементов в минералах-носителях.
Известно, что носителями редких элементов, таких как
рений, скандий и др., являются рудные минералы месторождений редких металлов.
Поэтому при переработке концентратов редкометалльных месторождений попутно
можно извлечь редкие элементы. В этой
связи наиболее интересным объектом является - месторождение Коктенколь
(Центральный Казахстан), где в рудах содержание рения достигает до
0,158г/т. Кроме того, здесь встречаются редкие элементы -
теллур, селен и скандий [1].
В результате изучения рениеносности молибденитов, молибден-медно-порфировых
месторождений Казахстана, определены зависимость концентрации рения от модификации молибденита [2,3]. Появление
нескольких политипов минерала одного состава свидетельствует о нестабильности и
сложности их условий образования.
Нами изучены условия образования рудных минералов (молибденит,
вольфрамит) и их спутниковых элементов (рений, скандий) на месторождении
Коктенколь по данным термобарогеохимии и количественного определения температурного режима рудообразующих и рудолокализующих систем.
Коктенколь - вольфрамово-молибденовое
штокверкое месторождение, трижды детально
разведывалось и изучалось. Оно открыто Г.И. Бедровым в 1956 г. Разведывалось под руководством О. В.
Иванова, В.Г. Ли, Г.А. Паркадзе, К. Н. Фаткулина, G.П. Кровякова.
Изучалось также В.С. Коптевым-Дворниковым, Л.П. Ермиловой, Г.Н. Щербой, А.В.
Кудряшовым, В.Т. Покаловым, И.В. Булдаковым, Л.Б. Ивановым, Н.Л. Раденко, Р.Н.
Мальковой, Н.Л. Пламеневской, А.И. Ежовым, В.А. Павловым, В.А. Кличниковым, Г.И. Бедровым, М. Г.
Георгиевской и др.
Оруденение представлено вулканогенными
(андезито-дациты) и вулканогенно-осадочными отложениями среднего - верхнего
девона, перекрытыми породами фамена и
нижнего карбона (алевролиты, аргиллиты,
углисто-кремнистые алевролиты и
известняки), заполняющими в виде узких мульд осевую часть Успенского
трога.
Многофазный массив гранитов прорывает отложения девона и карбона и обнажен лишь в одном
выступе на Северном участке. По геофизическим данным, массив имеет овальную форму
(размеры 18x15 км); его кровля оснащена выступами на глубинах 0,3—0,5 км и более, а
подошва размещается на глубине 3—5 км. Вертикальная мощность массива 3-4,3
км. Выделяются три
купольные структуры, к которым приурочены основные участки месторождения —
Северный, Промежуточный и Южный. Руды месторождения молибденовые, с небольшим
количеством вольфрама и висмута [4].
Штокверковые молибденовые руды, с чем связаны
концентрация рения на месторождении Коктенколь, широко распространены на всех указанных трех участках. На
месторождении выделяется две разновидности руд: молибденовая и
молибден-вольфрам-висмутовая. Молибденовые руды составляют около 90% общих запасов
молибдена месторождения. Среднее содержание рения в рудах составляет - 0,153
г/т. Молибден на 93 % представлен молибденитом.
Молибден-вольфрам-висмутовая разновидность
руд выделяется на верхних горизонтах Южного участка до горизонта 330 м. Они
составляют около 7,5% общих запасов штокверковых молибденовых руд. Связаны они с кварцевожильной зоной,
вскрытой на горизонте 510м. По составу не
отличаются от молибденового типа руд, разница в содержании полезных компонентов.
На
месторождении установлено 5 генерации
молибденита, от раннего к позднему
возрастает содержание рения [1].
Как видно почти всюду,
где рений образует заметные концентрации, он находится в ассоциации с
молибденом. В геохимическом отношении рений и молибден весьма близки между
собой. Как и молибден, рений имеет резко выраженное сродство с серой. Оба
элемента образуют одинаково легко летучие галоидные соединения, обладающие
близкой растворимостью и реакционной способностью.
В гипергенных условиях,
при недостатке свободного кислорода, рений также как и молибден, находится
преимущественно в четырехвалентной форме. Радиусы Мо+4 и Re+4 близки между собой (по Аренсу соответственно- 0,72 и 0,70
). Именно эти обстоятельства и приводят к тому, что рений
накапливается в редкометалльных месторождениях, изоморфно замещая молибдена в
молибденитах [5].
На
месторождении Коктенколь вертикальная рудная зональность свидетельствует о том,
что молибденовые руды сконцентрированы в экзоконтакте гранитного массива
акшатауского комплекса. Это обуславливает кристаллизацию молибденитов
на начальном этапе рудообразования
в состоянии
теплового равновесия между рудообразующей системой и вмещающей средой. Об
этом свидетельствуют данные по температуре образования (465-3500С)
молибденитов первой рудной стадии в молибденит-полевошпатовых и
молибденит-полевошпат-кварцевых прожилках и результаты количественного моделирования термодинамического состояния (4600С)
рудообразующей среды (Рис. 1,А,Б). В этом случае
появляются молибдениты 2H модификации, с
чем связано низкое содержание рения на
месторождении Коктенколь.
А
Рисунок 1 – Динамическая модель
температурного режима формирования месторождения Коктенколь.
А - модель
температурного поля интрузии акшатауского комплекса на месторождении Коктенколь (температура, координаты, время);
Б - распределение температуры в области
рудообразования.
1 – граниты; 2 – биотизированные
вулканогенно-осадочные породы франского яруса; 3-4 – молибденовые руды: 3 –
балансовые, 4 – забалансовые; 5 – вольфрамовые руды коры выветривания.
Со временем температурное поле гранитного массива
постепенно снижается, при этом изменение температуры наблюдается и в области
рудообразования, где функционируют рудообразующие высокотемпературные растворы.
Они вызывают тепловое неравновесное состояние
между рудообразующей системой и рудолокализующей средой. Разность температур в системе
«порода-раствор», особенно в штокверковых зонах, деформирует первичное тепловое
поле и усложняет картину тепло-масса переноса между этими системами. Молибдениты третьей рудной стадии кристаллизуются в состоянии теплового неравновесия. По данным количественного расчета и термометрии, температура в этой
области рудообразования снижается до 245-2600С [6], а молибденообразующие
растворы имели температуру в пределах 260-3150С. В данной
стадии молибденит появился в виде 3R модификации, с увеличением в них
содержании рения [2,3].
Из вышеизложенного следует, что характер
кристаллизации молибденита на месторождении Коктенкол, с разными степенями
содержания рения определяется термодинамическим условием, обусловленное
разностью температур между рудообразующей и рудалокализующей систем.
На месторождении Коктенколь в составе вольфрамитовой
руды наблюдается спутниковые элементы скандий
[1]. Скандий относится к группе рассеянных элементов. Они встречаются
чрезвычайно редко и в ограниченных количествах в гранитных пегматитах
(тортвейтит), аплитах и кварц-вольфрамитовых жилах (кольбекит). Содержание
скандия в вольфрамите достигает 0,002 – 0,2%, а ферберите, гюбнерите, шеллите –
до 0,1%. Основной формой нахождения скандия в вольфрамитах является вхождение его в виде изоморфной
примеси: трехвалентный ион скандия замещает двухвалентный катион (Fe2+,Ca2+) [5]. В
составе полевошпат-кварцевых и метасоматических кварцевых прожилках при интервале
температур 280 – 3800С протекает вольфрамовая
минерализация. Она в свою очередь создает благоприятное условие для концентрации
элементов скандия в этой среде. На месторождений вольфрамит также присутствует в сульфидно-кварцевых жилах и
относится к третьей рудной стадии кристаллизации. Установлено, где триоксид вольфрама представлен на 76,5
% вольфрамитом и гюбнеритом, и на 23,5 % шеелитом [1];
Рудная
зональность на месторождении Коктенколь показывает, что вольфрамиты
распространялись на более высокие
гипсометрические уровни, с относительно
низкой температурой их образования, чем
молибденовые. Разница между температурами рудообразующих растворов (3800С) и
вмещающей среды (2700С)
создает неравновесное термодинамическое условие, которое в свою очередь
существенно влияет на процесс кристаллизации минералов (Рис.1,А). Из этого
следует, что на месторождении Коктенколь вольфрамиты с содержанием скандия
кристаллизовались в условиях тепловой неравновесности.
Таким образом, термодинамическое неравновесное условие кристаллизации рудных
минералов предопределяет вхождение в их кристаллическую решетку редких элементов
в виде изоморфных примесей, что является геохимическим индикатором условий минералообразования (температура, щелочность, кислотность и
т.д.).
Литература:
1 Месторождения редких металлов и редких земель
Казахстана. Справочник, Алматы, 1998. - 102 с.
2 Герцен Л.Е. и др. Молибдениты и рениевая
минерализация на молибден-медно-порфировых месторождениях Куйган-Майбулакского
рудного поля (Юго-Западное Прибалхашье)// Изв.НАН РК,
сер.Геологическая,2003.№2.С.61-73.
3 Коваль В.П., Базарова С.Б., Кашаев А.А.
Зависимость политипии мусковитов, биотитов и литиевых слюд от состава и условий
образования// ДАН СССР,1975.Т.225, 34.С.914-917.
4 Щерба Г.Н., Кудряшов
А.В., Сенчило Н.П. Редкометалльное оруденение Казахстана. Алма-Ата, Наука, 1988. 221
с.
5
Гаврусеевич Б.А. Основы
общей геохимии. Москва, Изд. «Недра»,1988.С.327.
6 Исаева Л.Д, Омирсериков М.Ш., Динамика температурного поля интрузивных массивов на месторождении Коктенколь (Центральный Казахстан) // Материалы республиканской научно-практической конференции посвященный 80 – летию Ш. Есенова, 2007, 2 часть, с.158-160.