студент
г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
студент
Россия
УДК 50 Общие вопросы математических и естественных наук
ГРНТИ 38.59 Техника и технология геолого-разведочных работ
ОКСО 05.06.01 Науки о земле
ББК 263 Геологические науки
ТБК 632 Геофизика
ТБК 633 Геология
В настоящей работе представлена новая методика поиска глубокозалегающих рудных месторождений на основе модификации метода частичного извлечения металлов. Авторами разработан функционирующий макет аппаратуры метода ЧИМ (частичного извлечения металлов), с использованием возобновляемого ресурса – солнечной энергии – в качестве источника электрического тока. Произведена оценка эффективности предлагаемой методики для извлечения из закрепленной (минеральной) формы химических элементов – индикаторов оруденения – экспериментальным путем в лабораторных условиях, показавшая возможность использования предлагаемой модификации при современном уровне развития химико-аналитических технологий. Применение солнечных элементов питания дает методике экологические и технологические преимущества по сравнению с классической реализацией ЧИМ. Методика представляется эффективным способом поиска глубокозалегающих месторождений в связи с установленным фактом наличия струйных ореолов рассеяния подвижных форм нахождения элементов. Подвижные формы элементов вовлекаются в движение под действием электрического тока в окрестности станции ЧИМ и накапливаются в элементоприемнике, таким образом, достигается селективность анализа подвижной, мигрирующей формы элементов.
геоэлектрохимия, геофизика, индикаторы оруденения, частичное извлечение металлов, подвижные формы, эффективность, месторождение, руда, поиск руды, солнечные элементы питания.
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. Алексеев С.Г., С.А. Вешев, Н.А. Ворошилов, О.Ф. Путиков, А.П. Савицкий, Штокаленко М.Б. Технология работ и интерпретации данных геоэлектрохимических методов на рудных объектах (методические рекомендации) / ФГУ НПП «Геологоразведка», Санкт-Петербург, 2005 г. (фондовая литература).
2. Ворошилов Н.А., Алексеев С.Г., Штокаленко М.Б. Опыт применения геоэлектрохимических методов при поисках рудных месторождений / Разведка и охрана недр. - 2018. - №3. - С. 30-36.
3. Комаров В.А. Геоэлектрохимия: Учеб. пособие/ СПб. Санкт-Петербург. гос. ун-т. - 1994. - 136 с.
4. Сенчина Н.П., Путиков О.Ф., Миллер А.А., Алексеев С.Г. Роль геоэлектрохимических процессов при формировании залежей платиноидов на месторождениях силикатного никеля / Х Международный геофизический научно-практический семинар «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых». -2012. - С. 29-32.
5. Столов Б.Л., Самченко А.Н. Анализ эффективности метода частичного извлечения металлов (ЧИМ) при поисках месторождений золота. Вологдинские чтения. - 2007. - С. 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.
