Распространение сурьмы в подземных водах

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 217

1971

РАСПРОСТРАНЕНИЕ СУРЬМЫ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

Н. М. ШВАРЦЕВА

Геохимия сурьмы плохо изучена. Среднее содержание ее в земной коре составляет 4.10 5 весовых %. Концентрируется она в сульфидных рудах. В природе сурьма встречается изредка в самородном виде. В своих химических соединениях она трех и пятивалентна. Главнейшими минералами сурьмы являются: валентинит, сенармоктит, сервантит, стиблит и антимонит. Чаще всего в природе встречаются соединения сурьмы с серою (антимонит). В своих соединениях она зачастую играет роль металла, а не металлоида. Сурьма образует сульфа\, 8Ь(804)з> который неустойчив в воде и быстро гидролизуется. Хлорид сурьмы также быстро гидролизуется (Эммонс, 1935). Из химических свойств сурьмы важным является способность ее сульфида легко растворяться в водных растворах сульфидов щелочей, с образованием легко растворимого комплексного иона 2(5Ь53)/// (Поярков, 1955).

Химические свойства сурьмы и ее соединений указывают на возможность присутствия их в водах сульфидных месторождений, что и впервые было подтверждено исследованиями В. Эммонса (1935) и С. С. Смирнова (1955). Так, в водах рудников, руды которых содержат много сурьмы в виде сульфида, встречалось очень немного сурьмы, обычно лишь в виде следов. Однако сурьма была установлена в кислых водах в Филиппсбурге в Бютт, Монтана и в некоторых других местах. По О. Вейгелю (Эммонс, 1935), растворимость сульфида сурьмы (ЗЬзЭз) в чистой воде при 1=18° равна 5,2.106 моль на 1 л. Экспериментальные данные Кука по растворению антимонита в условиях, близких к условиям зоны окисления, показали, что из 1 г антимонита через 84 дня в воду переходит 5Ь04 до 0,0175 г. Скорость окисления в водно-воздушных условиях оказалась сравнительно большой (Эммонс, 1935).

Полевые наблюдения С. С. Смирнова (1955) указывают, что окисление антимонита в обычном типе ее руд (кварцево-антимонитовом) проходит гораздо медленнее по сравнению со случаем окисления антимонита, заключенного в сложных рудах. Поэтому антимонит в зоне

окисления может быть среднеустойчивым и малоустойчивым. Основные продукты, получаемые при окислении антимонита и других сурьмяных минералов,, обладают значительной растворимостью (до тысячных долей грамма на 1 л воды), что говорит о заметной миграционной способности сурьмы в условиях зоны окисления.

Из всех главнейших соединений сурьмы, могущих возникать в зоне окисления, значительной растворимостью, по сравнению с окислами сурьмы, обладают щелочные соли сурьмяной кислоты. Так, С. С. Смирнов (1955) показал,-что растворимость антимонита калия (КгНгЭЬгОу) определяется цифрой 27,4 г/л при 20°С и пироантимонита натрия — 0,3 г/л при 12,3°С. Помимо переноса сурьмы в виде щелочных антимонитов мой(ет иметь значение и миграция в сильнокислых растворах в виде полисульфидов.

В его же работе констатируется факт, что в отдельных случаях наблюдалось несомненное переотложение сурьмы в окисленных рудах, и ее обнаруживали в единичных анализах рудничных вод.

В самых поверхностных частях зоны окисления кварцево-антимо-иитовых месторождений, С. С. Смирнов (1955) нередко наблюдал почти полное удаление сурьмы из рудной массы. По его мнению, в таких условиях можно ожидать широкого образования тонких суспензий и, возможно, даже коллоидных растворов. Он также предполагает, что иногда аналогичные явления могут происходить и в более глубоких частях ?оны окисления.

Исходя- из вышесказанного, можно предположить, что сурьма способна мигрировать в виде взвесей, тонких суспензий и коллоидов в водах зон окисления сульфидных месторождений.

А тот факт, что сурьма обнаружена в подземных водах до 3100 и 3900 мкг/л (Удодов и др., 1965; Мукимова, 19622), подтверждает ее хорошую миграционную способность.

Впервые коэффициент миграции для сурьмы был подсчитан П. А. Удодовым (Удодов и др., 1962), который на примере подземных вод Сибири ее отнес ко 2-й группе по распространению с коэффициентом водной миграции А = 0,9.10~Л Эта величина говорит о хорошей миграционной способности сурьму, что позволяет ее отнести к первой группе — мигрирующих элементов. Д. С. Мукимова (19690 приводит коэффициент водной миграции для речных вод Средней Азии А = 0,4.10~3, который оказался выше, чем «А» для подземных вод.

В последние годы многими исследователями установлено присутствие сурьмы в поверхностных и подземных водах, в водах зон тектонических нарушений, в термальных источниках, в водах районов многолетней мерзлоты, в соленых подземных водах, а также в морской воде.

Для общего представления о распространении сурьмы в подземных водах приводится график (рис. 1), из которого видно, что между минерализацией и содержанием сурьмы нет ясно выраженной зависимости Однако можно сказать, что в соленых водах, видимо, возможна значительная концентрация сурьмы. По этому рисунку можно предположительно судить о фоновом содержании сурьмы в подземных водах, которое здесь отбивается по величине 5 мкг/л (верхняя граница фона).

О фоновом содержании сурьмы в подземных водах пока говорить не приходится из-за отсутствия данных. Однако мы имеем результаты исследований Д. С. Мукимовой (1969 1), которая для речных вод Средней Азии приводит содержания .сурьмы от 30 до 200 мкг/л с'коэффициентом водной миграции А = 0,4.10~3. Эти количественные характеристики говорят о том, что сурьма может встречаться в водах рек в значительных концентрациях и хорошо мигрировать. В подземных водах сурьма встречается довольно часто, особенно в районах зон минера-лизаций или известных нам месторождений.

5009 МО-\SIOO-

\

<*оо

т

3 "

•••.ос

0.1 0.5 Ю г.!

ШЗ' 02 СЕМ Ш* 04

.<ЗГ£>

Минерализация, /"//г

Рис. 1. Распространение сурьмы в природных водах. 1 — поверхностные воды, 2 — грунтовые воды, 3 — рудничные воды, 4 — воды гидротерм, 5 — соленые воды, б—верхняя граница фона

В течение ряда лет в районе с. Семилужки (Томская обл.) нами проводились гидрогеохимические исследования, которые подтвердили наличие сурьмяной зоны минерализации. В грунтовых водах этого участка, которые имеют минерализацию ОД—0,5 г/л и характеризуются гидрокарбонатно-магниевым составом с рН 6,5—7,6, было зафиксировано до 30 мкз л (иногда 50 мкг/л) сурьмы. В то время как в водах зон тектонических нарушений в этом районе работ сурьма обнаружена в количестве от 6 до 30 мкг/л (табл. 1). Сурьма обнаружена также в водах зоны вольфрамовой минерализации (Забайкалье) с содержанием 0,5—8,0 мкг/л, и в водах сурьмяной минерализации в количестве 2,7 мкг/л при рН 6,9 (Удодов и др., 1962). Из этих данных следует, что в водах зон сурьмяной и вольфрамовой минерализаций с рН вод от 6,6 до 6,9 сурьма присутствует в незначительных содержаниях (от 0,5 до 2,7, иногда до 30 и 50 мкг/л).

Как правило, в водах различных месторождений (медно-кобальто-вых, сурьмяных и золоторудных) сурьма присутствует в количестве более 5,0 мкг/л. Так, на сурьмяном (Раздолинском) месторождении, по данным А. А. Лукина, сурьма обнаружена в водах почти повсеместно с содержанием от 40 до 90 мкг/л, а в ряде точек наблюдались увеличения содержаний до 126—127 мкг/л, иногда до 1030 мкг/л (табл. I). В то же время на Саралинском золоторудном иоле (Кузнецкий Алатау, В. Г. Иванов) встречаемость сурьмы достигает 55%, максимальное содержание 500 мкг/л среднее содержание 23 мкг/л. Величина потоков рассеяния для сурьмы здесь довольно значительная и достигает 1,5 км.

В последние годы рядом исследователей (Уайт. 1965; Смирнов,, 1967; Озерова, 1968; Мукимова, 1969 и др.) было обнаружено присутствие сурьмы в термальных источниках. Так, в источнике Вайоминг (США, Иеллоустонский парк) сурьма обнаружена в количестве 100 мкг/л, а в источнике Стимбот (США, Невада)—400 мкг/л (Уайт, 1965). В водах термальных источников Камчатки и Курильских островов сурьма обнаружена от 150 до 400 мкг/л (Озерова, 1968 и др.)„

Немаловажное значение имеет и тот факт, что сурьма обнаружена и в водах районов многолетнемерзлых пород. Ее содержания невелики, Так, в северо-западной части Сибирской платформы С. Л. Швар-

Таблица 1

Содержание сурьмы в подземных водах

Район исследований Тип вод м, г ¡л рН Содержание сурьмы, мкг/л Литерат. источник

Забайкалье

1.. Талик гидрокарбонатно-сульфатный 0,15 ' 7,5 0,5 Удодов и ДР-, 1962

2. Вольфрамовая минерализация гидрокарбонатно-кальциевые 0,33 6,6 0,5

3. Капеж в штольне 0,10 В,4 8,0

Западные Саяны

4. Хараджульское мед-ио-кобальтовое м-иие гидрокарбонатно-магниево-кальциевые 0,26 7,3 3,5 —«—

Томский р-н

5. Сурьмяная гидрокарбонатио-магниевые 0,5 7,8 50,0 наши дан

6. Воды зоны тектони-ческ. нарушений гидрокарбонатно-кальциевые 0.8 7,С 30,0 ные —«—

Томь-Яйское м-ние

7. Щербакская зона • 0,60 7,2 3100,0 Удодов I др., 1965

Енисейский кряж

8. Раздолинское сурьмяное м-ние капеж гидрокарбонатно-сульфатные 0,15 7,4 125,0 Лукин, 1961

9. Капеж руд вод —«— 0,12 7,4 1030,0 —<(—

Средняя Азия

10. Родник, пойма р. Шахи мер сульфатно-гидрокарбонатные 0,95 8,4 50,0 Мукимова, 1969

11. Рудные воды сульфатно-кальциевые - 7,5 3900 —«—

США

12. озеро Сёрлс 1 340—360 9,7 5000 Смирнов, 1967

цевьш (1963, 1965) обнаружена сурьма в водах болот со средним содержанием 1,7 мкг/л в водах рыхлых образований—2,8 мкг/л и в водах коренных пород — 3,6 мкг/л. В Забайкалье в районе таликовой многолетней мерзлоты сурьма обнаружена всего от 0,3 до 0,6 мкг/л (Удодов и др., 1962). В литературных источниках имеются единичные сведения с присутствии сурьмы в солевых подземных водах. В этом отношении интересны данные С. И/Смирнова (1967)—в подземных водах озера Сёрлс (Калифорния) обнаружена сурьма в количестве 5000 мкг/л. Воды этого озера имеют рН 9,7 и минерализацию 340—360 г/л. В данном случае, вероятно, сурьма в соленых водах со

!6 Геология, т. 217

щелочной реакцией способна образовывать устойчивые легкорастворимые комплексные соединения.

Несмотря на то, что сурьма в водах еще плохо изучена, можно, на основании приведенных данных, сделать следующие предварительные выводы:

1. Сурьма широко распространена в подземных водах.

2. Предположительная верхняя граница фона для пресных подземных вод — 5,0 мкг/л.

3. Сурьма может мигрировать в речных водах в значительных количествах.

4. Максимальные концентрации сурьмы наблюдаются не только в рудничных водах, но и в соленых подземных водах, и в термальных источниках.

5. Сурьма способна образовывать водные потоки рассеяния вокруг сурьмяных и золоторудных (возможно и других) месторождений, что должно быть использовано при гидрогеохимических поисках.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мукимова Д. С. Содержание ртути в некоторых реках Средней Азии, ъНТИ, серия геология, методика поисков, № 1, 1969ь

2. Мукимова Д. С. Гидрогеохимические ореолы рассеяния сурьмяно-ртут-иых месторождений Средней Азии и их поисковое значение. Автореферат. Ташкент, 1969а

3. П о я р к о в В. Э. Ртуть и сурьма. Вып. 15, М-, 1955.

4. С м и р н о в С. И. Рудоносный ли флюид был вскрыт глубокой скважиной б Южной Калифорнии? Бюлл. МОИП, отд. геол., № 3, 1967.

5. С м и р н о в С. С. Зоны окисления сульфидных месторождений. Изд. АН СССР, 1955.

6. У а й т Д. Е. Термальные воды вулканического происхождения. Сб. «Геохим. сов. пост, процессов*», Изд. «Мир», 1965.

7. У д о д о в П. А., О н у ф р и е н о к И. П., П а р и л о в Ю. П. Опыт гидрогеохимических исследований в Сибири. Изд. «Высшая школа», М., 1962.

8. Удодов П. А., Матусевич В. М., Григорьев Н. В. Гидрогеохимические поиски в условиях полузакрытых геологических структур Томь-Яйского междуречья. Изд. ТГУ, Томск, 1965.

&. Шварцев С. Л. Некоторые результаты исследований в условиях многолетней мерзлоты. Жури. «Геология рудных месторождений», 1963, № 2.

10. Шварцев С. Л. О гидрогеохимическом методе поисков в северных заболоченных районах. Журн. «Геология и геофизика», 1965, № 7. Изд. СО АН СССР, Новосибирск.

11. Эммонс В. X. Вторичное обогащение рудных месторождений. М.—Л., ОНТИ, 1935.