student
St. Petersburg, Russian Federation
student
Russian Federation
UDK 50 Общие вопросы математических и естественных наук
GRNTI 38.59 Техника и технология геолого-разведочных работ
OKSO 05.06.01 Науки о земле
BBK 263 Геологические науки
TBK 632 Геофизика
TBK 633 Геология
The article presents a new technique for finding deep-lying ore deposits based on a modification of the method of partial extraction of metals. The authors have developed a functioning model for the partial extraction of metals method, using a renewable resource - solar energy - as a source of elec-trical current. An assessment of the effectiveness of the proposed method for extracting chemical elements (mineralization indicators) from the fixed (mineral) form was made experimentally in la-boratory conditions, which showed the possibility of using the proposed modification at the current level of development of chemical analytical technologies. The use of solar cells gives the method environmental and technological advantages over the classical implementation of the partial extrac-tion of metals. The technique seems to be an effective way to search for deep-seated deposits in connection with the established fact of the presence of jet ink halos of dispersion of mobile forms of finding elements. Movable forms of elements are involved in the movement under the action of electric current in the vicinity of the partial extraction of metals station and accumulate in the ele-mental cell, thus achieving the selectivity of the analysis of the moving, migrating form of elements.
geoelectrochemistry, geophysics, mineralization indicators, partial metal recovery, moving forms, efficiency, field, ore, ore search, solar cells.
Метод частичного извлечения металлов (ЧИМ) – один из методов геоэлектрохимии, позволяющий регистрировать отклик в виде повышенных концентраций подвижных форм химических элементов нахождения от глубинных рудных тел. Идея метода была предложена в 1932 г. Н.И. Сафроновым для разбраковки геофизических аномалий и предполагала растворение рудных образований под действием электрического тока, с последующим перемещением растворенных заряженных частиц в поле электрического тока и накоплении в точках наблюдения.
В ореольном варианте ЧИМ производится оценка содержания подвижных форм нахождения элементов-индикаторов руд вблизи элементоприемника. Последний представляет собой сосуд с помещенным в него электродом, к которому присоединяют источник постоянного тока, другой электрод заземляется на некотором расстоянии. Сам сосуд должен быть заполнен раствором, обычно это бидистиллят с очищенной азотной кислотой. В сосуде имеется полупроницаемая перегородка, обеспечивающая проникновение ионов из вмещающей среды и препятствующая вытеканию раствора.
Элементоприемник может быть разных размеров, в зависимости от параметров пропускаемого тока. Накапливающиеся в сосуде компоненты могут быть обнаружены методами химического анализа в растворе, в виде осадка на дне элементоприемника или на поверхности электрода.
Повышение концентрации искомых химических элементов в содержимом элементоприемника в некотором пункте исследования (по отношению к соседним точкам) свидетельствует о наличии источника подвижных форм элементов, в том числе, глубинном; и о перспективности данного пункта для дальнейших исследований. Примеры результатов ЧИМ представлены в печати [2, 5, 6].
На рис. 2 рассмотрен пример, показывающий эффективность методики в условиях сложного геологического строения разреза, ограничивающего возможности применения литогеохимии. Рубцовское колчеданно-полиметаллическое месторождение (Рудный Алтай) перекрыто мощным (70–100 м) слоем осадочных отложений. Геологический разрез представлен лавами, туфолавами риолитовых порфиров и вышележащими кремнистыми, глинистыми вулканомиктовыми алевролитами. Рудовмещающие палеозойские образования, включая кору выветривания, перекрыты чехлом песчано-глинистых неоген-четвертичных отложений мощностью 80–100 м. Основные запасы представлены богатыми сульфидными полиметаллическими (Cu, Pb, Zn) и колчеданно-полиметаллическими рудами (на рис. показаны черным цветом). Как видно, головная часть рудного тела отмечается повышенными концентрациями свинца и меди в пробах ЧИМ.
Несмотря на подтвержденную эффективность методики, неширокое распространение классической реализации ЧИМ связано с наличием технических, экономических, экологических трудностей. Наиболее широкое распространение получила станция ЧИМ-10, выпускаемая Туймазинским заводом геофизического приборостроения. Станция включала в комплект генератор электрического тока мощностью 10 кВт, регулируемые преобразователи переменного тока в постоянный (всего 28 каналов, в каждом канале ток регулировался от 25 до 1000 мА при напряжении до 400 В), комплект соединительных кос и элементоприемники, передвижную химико-аналитическую лабораторию [1]. Источником тока служил бензоэлектрический агрегат мощностью 2 кВт. Работа станции сопряжена с существенными затратами на пропускание электрического тока через заземленные элементоприемники.
С высоким порогом чувствительности методов химико-аналитических исследований была связана необходимость применения электрического тока большой силы (до 1 А при уровне опасного для жизни около 0.1 А). Поэтому вдоль кос расставлялись предупредительные щиты с надписями: «Осторожно! Высокое напряжение. Опасно для жизни!» и были случаи поражения людей электрическим током. Ощутимо негативное воздействие электрического тока и на подземную фауну. Применение протяженных линий проводов и хорошо заметных станций заинтересовывало местное население районов исследований; известны печальные инциденты порчи станций, в то время, когда счет их шел на единицы. В результате громоздкость аппаратурных комплексов, высокая стоимость работ, связанная с затратами на электроэнергию, наличие негативных экологических воздействий, риск поражения электрическим током и др. стали дополняющими факторами в процессе отторжения метода ЧИМ в условиях тяжелого экономического положения геологоразведки в 90-е годы XX в. Методы поисков по подвижным, вторично-закрепленным, ионным формам нахождения химических элементов распространились в этот период за рубежом [6, 7] в результате международных опытно-методических работ.
Концентрация химических элементов в элементоприёмнике напрямую зависит от величины прошедшего через систему электрического заряда, в связи с чем график вынесен отдельно. По результатам анализа пробы, отобранной на третий день эксперимента, проводимого с образцом руды Буруктальского месторождения никеля (табл. 1), видно, что концентрации элементов в элементоприёмнике значительно превышают предел обнаружения.
Таблица 1
Концентрации химических элементов в элементоприёмнике по прошествии трех дней эксперимента
|
Химический элемент |
Cr |
Fe |
Zn |
Co |
Mn |
Cu |
Mg |
Al |
Ni |
Cd |
Pb |
|
Единица измерения |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
г/т |
|
Предел обнаружения |
0.001 |
0.010 |
0.001 |
0.001 |
0.001 |
0.001 |
0.001 |
0.001 |
0.01 |
0.001 |
0.01 |
|
Концентрация |
6.050 |
541.52 |
72.700 |
8.350 |
58.836 |
29.470 |
374.663 |
288.453 |
66.31 |
0.508 |
4.66 |
* Анализ выполнен в лаборатории ООО «Полевая геофизика»
Таблица 2
Доля извлеченных в элементоприемник химических элементов от исходного содержания в образце руды по прошествии трех дней эксперимента
|
Химический элемент |
Cr |
Fe |
Ni |
Co |
|
Доля извлеченных элементов, % |
15.1 |
16.9 |
59.2 |
94.8 |
Рассматривая массу извлеченных в элементоприемник химических элементов по отношению к массе их в исходном образце руды, можно заметить повышение значений по закономерности хром – железо – никель – кобальт. Полученный результат согласуется с результатами излечения элементов в раствор кислоты из аналогичной пробы [4] и подтверждает высокую эффективность извлечения для рудных элементов и индикаторов никелевого оруденения. Таким образом, возможно дальнейшее развитие и усовершенствование предлагаемой модификации метода ЧИМ.
1. Alekseev S.G., S.A. Veshev, N.A. Voroshilov, O.F. Putikov, A.P. Savickiy, Shtokalenko M.B. Tehnologiya rabot i interpretacii dannyh geoelektrohimicheskih metodov na rudnyh ob'ektah (metodicheskie rekomendacii) / FGU NPP «Geologorazvedka», Sankt-Peterburg, 2005 g. (fondovaya literatura).
2. Voroshilov N.A., Alekseev S.G., Shtokalenko M.B. Opyt primeneniya geoelektrohimicheskih metodov pri poiskah rudnyh mestorozhdeniy / Razvedka i ohrana nedr. - 2018. - №3. - S. 30-36.
3. Komarov V.A. Geoelektrohimiya: Ucheb. posobie/ SPb. Sankt-Peterburg. gos. un-t. - 1994. - 136 s.
4. Senchina N.P., Putikov O.F., Miller A.A., Alekseev S.G. Rol' geoelektrohimicheskih processov pri formirovanii zalezhey platinoidov na mestorozhdeniyah silikatnogo nikelya / H Mezhdunarodnyy geofizicheskiy nauchno-prakticheskiy seminar «Primenenie sovremennyh elektrorazvedochnyh tehnologiy pri poiskah mestorozhdeniy poleznyh iskopaemyh». -2012. - S. 29-32.
5. Stolov B.L., Samchenko A.N. Analiz effektivnosti metoda chastichnogo izvlecheniya metallov (ChIM) pri poiskah mestorozhdeniy zolota. Vologdinskie chteniya. - 2007. - S. 49-56.
6. Alekseev S.G., N.P Senchina, S.Y. Shatkevich «Geoelectrochemical Methods: Response to Criticism and Discussion of CHIM and MDI Methods Characteristics» //7-th International geologi-cal and geophysical conference and exhibition «Saint Petersburg 2016». http://earthdoc.eage.org/publication/publicationdetails/?publication=84256
7. Hoover D.B., Smith David B. and Leinz Reinhard W. CHIM - an electrogeochemical partial extraction method: an historical overview // USGS, - 1997. - 27 p.
