Файл: Крайнов, С. Р. Геохимия редких элементов в подземных водах (в связи с геохимическими поисками месторождений).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 123

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

126

их количества даже при pH 10 мень­ ше 1 - Ю - 3 % . Увеличение концентра­ ции LiOH до ощутимых величин возможно лишь при значительной концентрации О Н - (pH 12—13). Что же касается сульфатных комплексов лития, то они появляются только при значительных содержаниях суль­ фат-иона (табл. 45). Из табл. 45 сле­ дует, что появление ощутимых коли­ честв (%) сульфатных комплексов лития характерно только для вод с содержаниями сульфат-иона п г/л.

Из комплексных соединений, обра­ зуемых рубидием с неорганическими аддендами, для природных вод воз­ можен только комплекс RbCl с рК —0,77. Это позволяет предполагать, что комплекс RbCl в природных во­ дах не должен иметь существенного значения, что было подтверждено аналогичным расчетом. Результаты расчета приведены также в табл. 45, из которой видно, что количества хлоридного комплекса рубидия в под­ земных водах с минерализацией до 5—7 г/л ничтожны. Способность ред­ ких щелочных элементов к комплексообразованию с неорганическими аддендами уменьшается с падением значений электроотрицательностей, в связи с этим цезий комплексных со­ единений с неорганическими адден­ дами в подземных водах практически не образует действительно, pKcsci всего —0,04 [37, 346].

Таким образом, в подземных водах с минерализацией до 10 г/л основной формой миграции редких щелочных элементов являются простые кати­ оны (гидратированные).

Растворимость соединений, обра­ зуемых редкими щелочными элемен­ тами с анионами природных вод, значительна (табл. 46). Поэтому под­ земные воды всегда далеки от насы­ щения редкими щелочными элемен­ тами. Значительная растворимость

ci

g

S

о

a

о

&<

И

>>

о.

I

a,

и

a g

о

Ѳ

о

 

 

 

о

СОіЛ

 

с\] CP -

о

UO

 

СО 05

^ 0 ) 0

оO O s ? 0 1 0 l O

ооо en со ~ _г

о-а" м 2 °

 

СЧІ

 

 

œ

 

о

vT ю

°Ѵ

см

с о

- -

о I

 

О

*•*}< -г-, с о

О

I

I

I

I

I

I

о

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

го

 

 

 

 

 

 

о

о

«2

 

из °2

_

о

 

о

О

f -

- t"-

CP

-

го

—> CP CS1 ѴГІ CP

О

ОО " і

-гн ся

Ч

Ю СЛ -г*

CP

О

о

I

I

I

!

I

 

I

о

О

CP

 

ОЭ ^

CD

о

с

CP

 

 

оо

^-i

 

~-~

 

 

 

CP

 

ö

 

 

 

 

 

CP

 

 

о

 

 

 

 

00

 

 

о

о

o>

S

с-

 

Ч

о

 

О

СО

Г-

со

 

со

с--

= • О О С Р О ^ 0 : ^

о

 

 

сл

 

CP

 

 

 

 

 

 

CP

 

 

 

 

C P

1 ^

о

 

 

о

МI С Iй ОI

^

I g o

оcp о

IM

см

CP CO

НС І О Ю , CP -r* CO

roo

CP о

° to - Л

O.S..

J J Ü l Ü f f l


 

 

 

Т а б л и ц а 46

Растворимость некоторых

соединений

лптня,

рубндпя,

цезия

 

(по 10.

10. Лурье

[189])

 

 

 

 

Раствори­

 

 

 

мость,

Соединения

 

г/ 1000 г, при

 

 

 

10 "С

j 20 °С

К а р б о н а т ы

 

 

 

LJ.COg*

 

 

14.3

13,3

С у л ь ф а т ы

 

 

 

L i 2 S 0 4

 

 

350,0

342

B b 2 S 0 4

 

 

426

482

C s , S 0 4

 

 

1731

1787

Х л о р и д ы

 

 

 

L i C l

 

 

720

785

R b C l

 

 

844

911

CsCl

 

 

1747

1865

* Произведение растворимости L i a C 0 3 состав­ ляет Ю- 2 >4-

природных соединений редких ще­ лочных элементов приводит к тому, что они способны концентрироваться в природных водах при увеличении их минерализации. Известно, что даже при образовании чрезвычайно крепких рассолов (400—600 г/л) ли­ тий не выпадает в твердую фазу,

 

 

 

127

достигая

содержаний

300—685 мг/л

(данные

Е. В.

Пнннекера [232],

M. Г. Валяшко

1965 г., Л. С. Бала­

шова). Рубидий

и цезий при кон­

центрировании

вод

накапливаются

в жидкой фазе вплоть до садки калий­ ных солеи, с которыми (особенно с карналлитом) происходит их соосаждение. Поэтому подземные минерали­ зованные воды, формирующиеся на участках распространения калийных солей, могут содержать чрезвычайно высокие концентрации рубидия. Например, М.С. Галицын и Л. В. Славянова [64] установили в Cl—Mg маточных рассолах соляно-куполь- ной структуры 96 мг/л рубидия.

Характерной геохимической особен­ ностью таких рубидиевых вод яв­ ляются чрезвычайно низкие Li/Rb отношения (значительно меньше еди­ ницы) .

ОСАЖДЕНИЕ РЕДКИХ ЩЕЛОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ВОД.

Со времени работ К. К. Гедройца известно, что щелочные элементы интенсивно осаждаются глинами. По сорбционной емкости наиболее рас­ пространенные группы глин распо­ лагаются в следующий ряд.

Сорбционная

емкость,

Гидрослюды

Каолинит (3—15).

мг/экв на 100 г

. . . . Монтмориллонит

 

Х 8 0 - 1 5 0 )

> (10-150)

 

Удельная поверхность,

п • 100

40—50

м 2 / г

600—800

Изучению процессов осаждения редких щелочных элементов на гли­ нах посвящено чрезвычайно много работ. Основные выводы из них следующие. В природных условиях отрицательный заряд глин обычно компенсируется обменными макро­ катионами — С а 2 + , M g 2 + , Na+ . По­ этому все минералы являются типич­ ными катнонообменниками. В свя-

зи с этим способность редких ще­ лочных элементов к сорбции опре­ деляется не столько сорбционной емкостью глин, сколько качествен­ ным составом их поглощенного ком­ плекса. По способности к ионному обмену элементы природных вод рас­

полагаются

в следующий ряд:

М 3 +

> М 2 + > Cs+ > Rb+ > К + > •

>

Na+ >

L i + .


128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

 

щелочных

элементов

этот

гни гидратации и уменьшением ра-

ряд

обусловлен

увеличением

энер-

диусов

ионов

элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ионы

 

 

 

 

Cs +

R b +

 

К +

Na +

Li+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпергпя

 

гидратации

(по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К. П. Мищенко

[201])

. . . 63

74

 

80

 

98

 

121

 

 

 

 

 

 

Среди

щелочных

элементов

наи­

ионнообменной

сорбции

на

глинах.

большей

энергией к ионнообменной

Судя по приведенному выше ряду

сорбции

обладает

цезий.

Цезий спо­

способности к ионному обмену, ли­

собен вытеснять из глин все щелоч­

тий должен сорбироваться даже мень­

ные элементы, при этом чем больше

ше, чем

натрий.

 

 

 

 

 

 

 

 

разница

энергий

обмена

между це­

Способность

редких

элементов

к

зием

и

 

вытесняемыми

элементами,

ноннообмениой

сорбции

 

зависит

от

тем с большей интенсивностью про­

химического

 

состава

растворов.

В

исходит ионный обмен [5, 341]. В слу­

случае присутствия в водах эле­

чае наличия в поглощенном ком­

ментов с большей энергией погло­

плексе

глин щелочноземельных

эле­

щения

(например,

характерных для

ментов

 

интенсивность сорбции це­

подземных

вод

кальция

алюминия

зия зам-едляетсп, но способность его

и др.)

они конкурируют

с

редкими

к сорбции и в этом

случае

велика.

щелочными

элементами,

А. А. Тит-

Характерной особенностью цезия яв ­

лянова

[280] показала,

что сорбция

ляется то, что

он способен к

необмен­

редких

щелочных

элементов

сни­

ной

сорбции

на

некоторых

глинах.

жается в присутствии кальция. В

По

данным

экспериментов

[389,

связи

с

этим

максимальная

интен­

4251,

количество

необменного цезия,

сивность

осаждения

цезия

 

должна

например, на сланцах обычно ве­

происходить

из

щелочных

натрие­

лико (до 20% и более). При этом

вых вод, а минимальная

из кальцие­

если для перевода в необменное

вых. Это положение было подтвер­

состояние лития и рубидия необ­

ждено нами совместно с Н. Г. Пет­

ходима

 

температура

100—125° С, то

ровой

экспериментально.

В

 

каче­

цезий фиксируется в необменном со­

стве сорбентов использованы аскан-

стоянии при нормальных для при­

гельский

монтмориллонит

(Na—Ca,

родных

 

 

условий

температурах.

емкостью

•—-110 мг/экв)

и

просян-

Р. Шульц, Р. Оверстрет и И. Бар-

ский

каолинит

(Ca—Mg,

емкостью

шад

[425] объясняют это внедрением

5—5,5 мг/экв). Осаждение

вели од­

цезия

в кристаллическую

решетку

нократно

в

статических

 

условиях

минералов.

 

 

 

 

 

 

из вод разного

химического

состава

Вторым

среди

щелочных

элемен­

(дистиллированная

вода;

НС03 —Ca

тов по способности к ионнообмен-

и НС03 — Na природные воды) в

ной сорбции является рубидий. Ру­

стаканах емкостью 0,5 л. Было про­

бидий

 

гораздо

лучше

сорбируется

ведено две серии опытов при по­

глинами, чем литий, калий и натрий.

стоянном

количестве

элементов (Li,

Несмотря

на

геохимическую

бли­

Rb и Cs 500 мкг/л) в воде и разных

зость

рубидия

и

калия,

рубидий

количествах

осаждаемых

 

глин

(от

обладает большей, чем калий, спо­

100 до 1000 мг/л).

 

 

 

 

 

 

 

собностью

к

ионнообменной

сорб­

В

результате

экспериментов

уста­

ции. Теоретически литий из щелоч­

новлено:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных

элементов наименее склонен.к

1)

большая

интенсивность

ионно-


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

129

обменной

сорбции

редких щелочных

родах (по данным Э. Л. Хорстмана)

элементов из вод НС03 — Na

состава

показали, что в океане содержится

(по сравнению с НС03 —Ca водами),

лишь —1,0%

L i , 0,17% Rbu

<0,08%

2)

большая способность

монтморил­

Cs от того количества, которое на­

лонитов

осаждать

редкие

 

щелочи

ходится

в

выветривающихся

«сред­

из

вод

любого химического

состава,

них» изверженных породах. Н. П. Мо­

3)

большая

интенсивность

 

осажде­

розовым

[204] показано, что 89%

L i ,

ния

цезия и

рубидия

по

сравнению

96%

Rb

и 97% Сэ поступают в

с литием. (Во всех случаях сохра­

океан в связанном (в мелкодисперс­

нялся ряд сорбции Cs > Rb

> L i ) .

ных продуктах) состоянии. При этом

Склонность

редких щелочных

эле­

по степени участия во взвешенном

ментов

к

ионнообменной

сорбции

стоке

щелочные

элементы

образуют

находит себе отражение в постоян­

следующий ряд: Na < . К

<С L i

<

ном обогащении глин этими эле­

< Rb

 

< C s .

 

 

 

 

 

 

 

ментами (до 0, п% L i и Rb

и 0,On —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,00«%

Cs).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОХИМИИ

Из других осадителей редких ще­

 

 

РЕДКИХ ЩЕЛОЧНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

лочных

элементов

в

зоне

гиперге-

 

 

 

 

 

В ГРУНТОВЫХ ВОДАХ

неза

следует

отметить гидроокислы

 

 

 

 

РАЙОНОВ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

 

 

 

 

РЕДКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

марганца. В них наиболее концент­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рируется

литий. Существуют

литие­

Прежде всего отметим, что при

вые вады, содержащие до 3,0%

Li a O .

существующих

чувствительно стях

Литиевые

воды,

 

обладающие

кон­

аналитических методов цезий в фо­

центрациями L i 2

0

более 1,0%,объе­

новых грунтовых водах обычно не

диняются

в

минерал

литиофорит.

обнаруживается.

Литий

и

рубидий

По

 

Ф. В; Чухрову

[303],

формула

постоянно

обнаруживаются

в

фоно­

лнтпофорита

(AI, Li)

M n 4 + 0 2

(OH)2 .

вых грунтовых водах (табл. 47). Со­

Рубидия и цезия в гидроокислах

держания их в значительной сте­

марганца гораздо меньше (Rb до

пени

определяются

минерализацией

0,02-0,03%, Cs до 0,0/г%). Мак­

вод. Поскольку литий и рубидий

симальными содержаниями цезия, по

способны накапливаться в водах с

данным Т. Ф. Бойко

[31],

обладают

ростом их минерализации, то при

криптомелан

и

вернадит

(0,0/г%).

прочих

равных

условиях

содержа­

В отличие от глин гидроокислы

ния этих элементов в водах с боль­

марганца

не

имеют

регионального

шей минерализацией

превышают

со­

распространения и их роль в осажде­

держания в водах с меньшей мине­

нии редких щелочных элементов в

рализацией. В связи о этим фоно­

зоне

гипергенеза

невелика. Поэтому

вые концентрации лития и рубидия

основным

геохимическим

барьером

выше в грунтовых водах зоны кон­

для редких щелочей в зоне гипер­

тинентального засоления. Это наи­

генеза являются глины. По данным

более характерно для лития, со­

Э. Л. Хорстмана

[298], большая часть

держания

которого

наиболее

зави­

редких

щелочных

элементов

в

зоне

симы от минерализации вод (рис.

37).

гипергенеза находится в глинах. Рас­

Амплитуда

изменения

содержаний

четы Т. Ф. Бойко

[31], который учел

рубидия

с

ростом

минерализации

распространение

 

редких

щелочных

грунтовых вод гораздо меньшая,

по­

элементов в морской воде (по дан­

этому изменения фоновых

содержа­

ным

Грин)

и

 

изверженных

по-

ний

этого

элемента

в водах

разных

9 Заказ 22І5


130

Распределение лития, рубидия, цезия в грунтовых (по материалам С. Д. Капранова

Генетический Месторождения тип месторождения

L i ,

Cs, Nb

Альбпт-сподуме-

 

 

 

новые пегматиты

 

 

 

с

поллуцптом

L i ,

Cs, Nb

 

То же

W,

Sn

 

Грейзены

W, Sn

 

»

 

Nb,

T R , T i

Нефелиновые сие­

 

 

 

ниты

агпаитового

 

 

 

 

типа

Nb,

T R , T i

Нефелиновые

 

 

 

сиениты

миаскп-

 

 

 

тового

типа

Be,

Nb

Метасоматпческп

 

 

 

измененные пег­

 

 

 

 

матиты

L i ,

Nb

 

То же

L i ,

Nb, Та

 

 

 

L i .

Be, Nb

 

 

 

Ландшафт

Гольцовый

Горно-таежный

Горно-таежный

Лесостепной

Тундровый

Горно-лесной

Горио-степной

Среднегорный

Сухостепиой

Пустынный

Средняя формула химического состава

Мо,020,02-І0,1Б

Мо,02-о,із

Г у м и д н а я HCOJbClaaSOl!

Ca 4 6 Mg 2 e (Na + K)a8

H C Q g D C l 2 4 S O j a

C a 7 e M g 2 0 ( N a + K ) 4

HCOj.Clg.sSOt.e M,o.oe • C a 4 7 ( N a + K ) 3 1 M g 2 2

M,0,03

M0 ,2

M ° ' 0 7 - ° l 8 e

H C O g 8 C l a 6 F 2 ,4 (Na-j-K)e8Mg2 3 Ca8

HCO^SOfcCle

Ca5 4 (Na-t- K) 3 8 Mg,

А р и д н а я H C O | 8 C l 5 S O j

C a 4 1 M g 3 0 ( N a + K ) 2 5

, , H C O g 0 S O j 9 C l 6 Mo,o5-o,e C a 6 1 M g 2 8 ( N a + K ) 1 7

HCOg 0 SOf 7 Cl 8

» 0 . 9 - 2 , 4 c a 4 7 ( N a + K ) 2 8 M g 2 6

S O f 0 H C O l 0 C l 3 0 M,0,6-6,9 (Na-f K ) 6 0 C a 2 5 M g 1 6

зон и ландшафтов невелики. В обоб­ щенном виде модальные фоновые со­ держания лития и рубидия в мкг/л в группах ландшафтов Средней Азии можно представить следующим об­ разом.

 

 

L i

Rb

Высокогорные ландшафты

. . .

0,6

0,6

Средиегорпые ландшафты

. . .

3,2

0,6

Сухостепные и пустынные

ланд­

 

 

шафты

13,7

 

0,7

Среди других факторов, влияющих на фоновые содержания лития и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

131

водах районов месторождений редких элементов

 

 

Т а б л и ц а 47

 

 

 

 

п II . Г. Петровой)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литиіг

 

 

Рубидий

 

 

Цеэий

 

Содержания,

 

 

Содержания,

 

 

Содержания,

 

 

мкг/л

 

 

мкг/л

Контрастность ореола

 

мкг/л

Контрастность ореола

Протяженность ореола, км

фоновые, мкг/л

ореольные

Контраотност ореола

Протяженное ореола, км

фоновые

ореольные

Протяженное! ореола, км

фоновые

ореольные

з о н а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<0,5 1--37

2 -70

1,5

<1,5

1,5-•6,0

1-- 4

1,0

<0,3

2—10,5 10—40

 

<0,5 1--21

2--40 0,8-6,0

<1,5

1,5-•5,3

1- 4

4 - 6

<0.3

0,3-9,3

1-30

 

< з

54-

18--32

5 - 7

<0,2

0,3- -4,2

1--21

1—2

Не обн. Не обн.

 

-96

 

< з

12-

3-- 6

3 - 4

<0,2

0,3- •1,3

1- 6

0,5—7,0

Не обн. Не обн.

 

-19

 

<0,2 0,3--4,6

1-

1 - 2

< 1

1 - -4,8

1 - 5

1 - 2

Не обн. Не обн.

 

 

 

-23

 

<0,5 0,5Т -4,6

1-- 9

1 - 2

<0,2

0,2- -18

1- 90

1 - 2

Не обн. Не обн.

 

з о н а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<20

20-34

1—1,5 0,2—0,3 <0,2

0,3—2,5

1—13 0,2-0,5

Не обн. Не обн.

<3,5

5 - 13

1,5-3 0,1—0,3 <1,6

2,5—7,0

4

< 1

<0,5

0,5-1,0

1 - 2

0,5

<70

40-200

1,5—3

 

< 5

10—26

2—5

Ореол

<1,0

8-16

ограни­ чен пег­ матито­ вым полем

рубидия в грунтовых водах и иска­ жающих указанные зависимости, важ­ ное значение имеют геохимические особенности водовмещающих пород, вертикальная зональность и режим грунтовых вод.

Совместно с С. Д . Капрановым и Н. Г. Петровой мы изучили распро­ странение редких щелочных элемен­ тов в водах месторождений редких элементов разнообразных генетиче­ ских типов (магматических, пегма-

9*