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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 0

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

 

 

 

 

 

 

175

теплового потока в пределах Нижне-

 

Т а б л и ц а 65

Кармадонского

месторождения

тер­

Газовый состав

германиеносных

вод

мальных

вод,

по Г. М. Сухаре­

Салфер-Бэнк (в

%) по Д . Уайт

[447]

ву [274],

более

Зр, кал/см2 -сек

при

 

 

 

среднем

 

коэффициенте

водопроводи­

Газовый состав

 

Шахта

 

Карьер

мости 1,72 м2 /сутки (Г. П. Булацев).

 

Герман

 

Герман

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геотермическая

ситуация

 

этого

С 0 2

 

 

 

89,34

 

 

 

месторождения показана на рис. 53.

 

 

 

 

88,6

Материалы

исследований

по

из­

с н 4

Не

 

 

 

7,94

 

 

3,7

учению геохимии германия в угли­

N 2 ,

Ar,

 

 

 

2,49

 

 

7,7

 

Н 2

 

 

 

 

0,23

 

Нет

стых сланцах, а также по техноло­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гической

обработке

германиеносных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

углей

и

 

сланцев,

свидетельствуют

ствует прямая зависимость (рис. 54).

•о том, что при наложении геотер­

Известно,

 

что

при

термометамор­

мальных аномалий германий должен

физме

осадочных

пород,

содержа­

•отгоняться из осадочных пород. На­

щих органическое

вещество, проис­

пример,

известно

уменьшение

содер­

ходит

образование

 

метана.

На

жаний германия в углях и аргил­

значительность

процессов

метано-

литах по мере их метаморфизации

образования,

происходящих

при

(И. П. Ломашов, 1963 г.); в процессе

наложении

магматизма

на

водонос­

термальной обработки углей при тем­

ные осадочные породы,

обогащенные

пературе уже более 200° С германий

органическим

веществом,

обращал

летит

из

углей

[107,

146,

188].

 

внимание

А.

И. Германов

[71]. Сле­

Мы полагаем, что в пользу пред­

довательно,

 

ассоциация

германия

положения об отгонке германия из

и метана

в

 

водах

 

является

пока­

сланцевых толщ, происходящей в ус­

зателем

близости

 

поведения

этих

ловиях

аномального

геотермального

компонентов

при

 

термометаморфи-

режима,

 

вызываемого

внедрением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магматических масс в эти толщи,

 

Ge, мкг/л

 

 

 

 

о

 

 

свидетельствует

постоянный

пара­

 

90г

 

 

 

 

 

о

 

 

генезис германия в углекислых тер­

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мах сланцевых толщ с метаном в га­

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зовом составе этих терм. Действи­

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельно,

 

характерной

особенностью

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

германиеносных

термальных

 

вод

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сланцевых

толщ

является

наличие

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в их газовом составе значительных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10L

 

 

 

 

 

 

 

 

количеств

метана.

Так,

например,

 

 

 

 

 

 

і С Н , , %

 

высокими

содержаниями

 

 

метана

 

0,01

0,1

1

 

10

100

 

 

(3—7%)

характеризуются

 

термаль­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ные воды Салфер-Бэнк (табл.

65).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Более

того,

сопоставление

газо­

 

 

 

 

 

Рис.

54.

 

 

вого

состава минеральных

 

вод

рай­

 

 

 

 

 

 

 

 

Связь

содержаний

германия в углекислых

онов

 

позднечетвертичного

 

магма^

 

 

водах Большого Кавказа с количеством

тизма Кавказа с их германиенос-

метана

в их

газовом

 

составе

(использо­

ностыо показало, что между содер­

ваны

данные

В. П. Щербак).

 

жаниями

 

германия

и

количеством

Водоносные

комплексы:

1 — кристаллические

метана

в

 

газовом

составе

вод

суще-

породы (AR—PZ); 2 —песчано-сланцевые породы.

 

 

 

 

 

Jt —

J i

 

 

 

176

ческих процессах. Здесь следует отметить, что ассоциация германия и метана необъяснима с точки зрения

их

магматического происхождения.

На

примере

Большого

Кавказа

впдно, что наиболее

значительные

концентрацип

этих

компонентов

приурочены

только

к

участкам,

где магматический процесс

наклады­

вается на песчано-сланцевые толщи (Казбекский вулканический район). Наоборот, там, где магматический

очаг

окружен

кристаллическими

и

метаморфическими

породами

(Эльбрусский

вулканический рай­

он), содержания германия й особенно метана в водах во много раз меньшие. Формы, в которых германий отго­ няется из пород и поступает в воду в условиях аномального геотерми­ ческого режима, в настоящее время неясны. В работах по технологии германия высказываются сообра­ жения, что при температурной обра­ ботке и газификации углей германий может отгоняться в виде германийорганических соединении (И. П. Ломашов, 1963 г.), окислов, хлоридов германия и т. д. [188]. Это объяс­ няется летучестью многих соедине­ ний германия. Б . И. Лосев и др. [146] установили, что летучесть этих соединений возрастает с увеличением содержания хлора в среде. Поэтому не случаен факт преобладания хлора в анионном составе высокогерманиеносных термальных вод осадочных пород (см. табл. 62). Отсюда возни­ кает мысль, что отгонке германия из сланцевых толщ в районах новей­ шего магматизма способствует мас­ совое образование в них «метамор­ фических вод» хлоридного состава вследствие высвобождения поровых и связанных вод в процессе термометаморфизации осадочных пород. Известно, что при процессах термо­ метаморфизма осадочных (особенно

глинистых) пород количество осво­ бождающейся воды достигает 10— 13%. На большое значение мета­ морфических вод в миграции эле­ ментов в земной коре обращали вни­ мание В. И. Вернадский, А. А. Сауков, Н. И. Хитаров.

Таким образом, для

формирования

высо ко германиено сных

углекислых

термальных вод второго типа необ­

ходим последовательный

комплекс

благоприятных условий,

главным

из которых являются:

 

1)благоприятные условия седыментогенеза, приводящие к обога­ щению германием сланцевых толщ;

2)наложение процессов магма­ тизма на формирование подземных вод в водонапорных системах, сло­ женных этими породами;

3)гидрогеологические и гидро­ геохимические условия, благопри­ ятные для аккумуляции и переноса германия.

БОР

Бор — постоянный гидрогеохимцческий спутник многих редких эле­ ментов (особенно щелочных). Он является косвенным гидрогеохими­ ческим поисковым признаком ряда месторождений редких элементов. Бор также постоянный спутник ред­ ких щелочных элементов в глубоких минерализованных водах горно­ складчатых областей. Высокие концентрации бора в этих водах могут способствовать их комплекс­ ному промышленному использо­ ванию.

РАЗЛОЖЕНИЕ МИНЕРАЛОВ БОРА В ПОВЕРХНОСТНЫХ УСЛОВИЯХ

Изменение минералов бора — гипергенных боратов, гипогенных боратов и боросиликатов — идет

177

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 66

Растворимость

основных

боратов в дистиллированной

воде [124]

 

 

 

Содержание Вг Оа, вес. %

 

 

 

по Селивановой

по Спиряги­

по Коч-

по

Здановскому

Минерал

ной

кину

и

 

Ляховской

 

 

 

 

25°

100°

25°

25°

25°

 

100°

 

 

 

0,0080

0,0066

0,0085

0,01

 

0,21

0,45

0,23

0,10

0,08

 

0,30

Калиборит

0,285

0,592

0,21

—

0,15

 

Разлагаете*

—

—

0,48-0,52

—

—

 

—

 

0,223

0,383

—

—

—

 

—

 

0,18

0,40

—

—

0,04

 

0,08

 

0,435

0,940

0,47

0,20

0,23

 

0,60

различными путями. Ниже приво­ дятся особенности изменения ос­ новных минералов бора при выве­

тривании.

 

 

Г и п е р г е н н ы е

 

б о р а т ы .

При выветривании

бораты подвер­

гаются растворению

и

гидролизу.

Растворимость боратов в

различных

типах вод изучали М. Г. Валяшко, Н. А. Шлезингер, И. Б . Фейгельсон, А. И. Спирягина, А. Б . Здановский, Е. И. Ляховская и другие [47, 124, 304] (табл. 66).

Из табл. 66 следует, что наиболь­ шей растворимостью обладают улексит, иньоит, калиборит; бораты щелочных элементов более раство­ римы, чем бораты щелочноземельных.

Наиболее полный комплекс иссле­ дований по изучению растворимости боратов в воде был проведен

А.И. Спирягиной [271] *, а также

А.Б . Здановским и Е. И. Ляхов­ ской [124].

*А. И. Спирягина определяла раство­ римость боратов следующим образом. На­

веску бората (10 г) помещали в колбу и заливали дистиллированной водой. Про­ бы раствора отбирали периодически после отстаивания раствора. Часть определений производилась при периодическом переме­ шивании раствора.

Большое влияние на раствори­ мость боратов оказывает химический состав раствора. Еще первые иссле­ дования, проведенные Н. А. Шлезин­

гером,

И. Б .

Фейгельсоном

и А: И.

Спирягиной

[304] по из­

учению растворимости боратов в рас­ творах различных химических ти­ пов, показали большое влияние на

интенсивность

процесса растворе­

ния

насыщенности

растворов NaCl

или

MgS04 .

А. Б . Здановский

и Е. И. Ляховская

[124] также отме­

чают большое влияние NaCl на рас­ творимость боратов *. По их дан­ ным, вначале но мере увеличения содержаний NaCl в растворе ско­ рость растворения большинства бо­ ратов увеличивается, при содержа­ нии 10—20% NaCl она достигает максимума, а затем резко снижается.

А.И. Спирягиной [271] показано,

*А. Б. Здановский и Е. И. Ляховская применяли две разные методики исследо­ вания: а) растворение отдельных неза­ крепленных кристаллов бората весом 0,5—

1 г; исследуемые

кристаллы

взвешивали

до опыта п после

него для

определения

скорости растворения; б) растворение опре­

деленного количества (10—20 г) порошко­

образных боратов

в постоянном объеме

растворителя (400 г).

Содержание бора

в растворе определяли

периодически.

12 Заказ 2215

178

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что

растворимость отдельных

бора­

процесса

 

преобразования

 

боратов

тов

в

гипсовом

растворе

меньше,

является

его

стадийный

 

(ступенча­

чем

в

воде.

 

 

 

 

 

 

тый)

характер.

Например,

в

пре­

Важным

 

фактором,

направля­

делах

одного

из

месторожде­

ющим процесс растворения

боратов,

ний

первичный

борат — калиборит

является температура. А. Б . Зда-

KMgatBj^O^] - 9 Н 2 0 ,

 

взаимодей­

новский и Е. И. Ляховская

[124]

ствуя с подземными водами, преобра­

отмечают

 

значительное

увеличение

зуется

в улексит NaGa[B5 08 ]-8H2 0

растворимости

большинства

бора­

и ашарит

MgHB0 3

(этот процесс

тов с ростом температуры раствора

сопровождается

выносом

ортобор-

(см. табл.

 

66).

 

 

 

 

 

ной кислоты).

 

 

 

 

 

 

 

 

В

поверхностных

условиях

про­

В

дальнейшем

улексит,

подверга­

цесс растворения боратов осложняет­

ясь действию кальциевых вод, пре­

ся их взаимодействием с компонен­

образуется

в

кальциевые

бораты

тами химического состава

подземных

(колемаиит

и

др.)

и

карбонаты,

вод.

А.

Ф. Горбов

[91]

приводит

а ашарит преобразуется по вышепри­

следующую

схему

преобразования

веденной схеме или замещается каль­

одного

пз

 

наиболее

распространен­

циевыми

боратами. Таким образом,

ных

боратов — ашарита

в

природ­

преобразование

' боратов

приводит

ных

условиях

галогенноосадочного

к образованию менее сложных бора­

месторождения.

 

 

 

 

 

тов и других соединений, более устой­

M g H B 0 8 + 2 H 2 0

У M g ( 0 H ) 2 + H 3 B O s

чивых в данных условиях.

 

 

 

 

А. В. Николаев [210], А. Ф. Гор­

 

ашарит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бов

(1960

г.) и другие

показали,

что

 

Mg(OH)2

+ C 0 2

>

MgCOs

+ H 2 0

разнообразный

комплекс

гиперген­

 

MgC0 3 - bCaS0 4 —>-

C a C 0 3 + M g S 0 4

ных

боратов

обязан

своим

проис­

 

хождением

способности

 

кислород­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MgHB0 3 + H 2 0 + C O a + C a S 0 4 — У

ных соединений бора к полимериза­

 

— » - C a C 0 3 + M g S 0 4 + H 3 B 0 3

 

ции.

Полимеризация

—

эндотерми­

 

 

ческий

процесс,

поэтому

бораты —

В итоге этого преобразования об­

производные

от

сложных

полибор­

разуются карбонаты кальция, а орто-

ных

кислот — обладают

 

более

вы­

борная кислота переходит в раствор.

сокими значениями энергии кри­

Бораты

 

представляют

собой

соли

сталлической

решетки.

 

В

 

связи

слабых кислот, поэтому вытесняются

с этим процесс преобразования

слож­

из

своих

 

соединений

большинством

ных боратов происходит с большим

других кислот, в том числе и уголь­

тепловым

 

эффектом, чем

 

выветрива­

ной. В связи с этим в приповерхно­

ние простейших боратов, а бораты,

стных условиях

при

взаимодействии

производные

от

сложных

полибор­

с природными водами бораты оказы­

ных кислот, менее устойчивы при про­

ваются

 

неустойчивыми.

 

Особен­

цессах

выветривания.

 

 

 

 

 

 

ности

преобразования боратов при

Процесс

преобразования

боратов

их взаимодействии с водами наиболее

при

выветривании

является

 

на­

полно изложены в работах М. Г. Ва-

глядной

 

иллюстрацией

 

закона

ляшко, А. Ф. Горбова, А. В. Нико­

В . Оствальда: «Всякая система при

лаева и Я . Я . Яржемского, по мате­

переходе в более устойчивое состо­

риалам которых и даются нижесле­

яние совершает этот переход по сту­

дующие

положения.

Особенностью

пеням,

занимая

уровни

все

большей

Смотрите также файлы