Гидрогеохимия Спокойнинского вольфрамитового месторождения (юго-восточное Забайкалье)

Как видно из приведенных данных, содержание загрязнений по БПК5 в опытном отстойнике составило 1,1 мг О2/л или более 10%. Уровень КА в экспериментальном отстойнике ниже, чем в контрольном на 0,005 мл 0,1Ы КМп04/мг ,что указывает на процессы окисления.

Сравнение седиментационных процессов (табл .2) показывает, что вынос взвешенных веществ из опытного отстойника ниже на 9%, чем в контрольном.

Таким образом, результаты опытно-промышленных испытаний показали, что интенсификации биологической очистки можно достичь модернизацией отстойников путем введения загрузки в виде сеток, закрепленных на рамах. Материал может быть разным - капроновая сетка или металлическая сетка рабица.

Библиографический список

1. Тимофеева С.С. Экологическая биотехнология /

С.С.Тимофеева. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999.- 210 с.

2. Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / С.В.Яковлев, Ю.В Воронов - М.: АСВ, 2002. - 704 с.

3. Ковалева Н.Г. Биохимическая очистка сточных вод / Н.Г.Ковалева, В.Г.Ковалев. - М. : Химия, 1987. - 208 с.

4. Дроченко В.И. Основные направления интенсификации работы очистных сооружений Братского ЛПК / В.И.Дроченко, Ю.В.Панасенков, Ю.Н.Солдатов // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 1993. - С.30.

5. Тимофеева С.С. Активность окислительных ферментов как биотест для оценки токсичности сточных и природных вод. Определение активности ферментов в иле очистных сооружений / С.С. Тимофеева // Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. - М.: Гидрометеоиздат - 1987. - Вып. 1. - С. 76-84.

6. Тимофеева С.С. Энзимоиндикация качества очистки сточных вод в аэротенках / С.С. Тимофеева // Химия и технология воды.-1987. - Т.9, №5.- С. 445-448.

7. Панасенков Ю.В. Развитие метода прикрепленной микрофлоры для интенсификации очистки сточных вод / Ю.В.Панасенков, Е.Ю.Панасенкова // Материалы рабочего совещания по выполнению природоохранных мероприятий ОАО «ЦКК»-ОАО «БКХ» в 2000-2003 году. -Иркутск-Братск, 2004.- С. 115-117.

УДК 550.42

ГИДРОГЕОХИМИЯ СПОКОЙНИНСКОГО ВОЛЬФРАМИТОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Л.П.Чечель1

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, 672090, г. Чита, ул. Бутина, 26, а/я 147.

Рассмотрены основные характеристики гидрогеохимического поля малосульфидного Спокойнинского месторождения вольфрама, которое в естественных условиях выделяется на общем фоне повышенными концентрациями W, Sn, Fe и Zn. Для техногенных вод характерны более высокие значения pH и минерализация, фиксируются повышенные содержания F, W, Li, Mo и Mn. Рассчитаны основные формы миграции металлов. Табл.3. Библиогр. 9 назв.

Ключевые слова: грейзены, техногенные воды, миграция микрокомпонентов.

HYDROGEOCHEMISTRY OF SPOKOININSKOYE WOLFRAMITE DEPOSIT (SOUTH-EASTERN ZABAIKALJE) L.P. Chechel

The Institute of natural resources, ecology, and cryology of Siberian Department of Russian Academy of Sciences 26 Butin St., Chita, 672090, a postbox 147

The author examines the main characteristics of a hydrogeochemical field of Spokoininskoye low sulfide tungsten deposit which is notable with increased concentrations of W, Sn, Fe и Zn under normal conditions. Technogeneous waters are characterized by the higher values of pH and mineralization. Also the increased content of F, W, Li, Mo и M is registered. The main forms of metal migrations are calculated. 3 tables. 9 sources.

Key words: greisens, technogeneous waters, migration of microcomponents.

Многолетнее изучение вольфрамитовых месторождений Кукульбейского рудного узла, характеризующихся высоким содержанием в рудах сульфидов и положением в горно-таежной ландшафтной зоне, показало, что в их пределах формируются дренажные воды, обладающие рядом специфических характеристик, - это кислые и сильно кислые сульфатные воды с аномальными (единицы - десятки мг/л) концентра-

циями тяжелых металлов [9]. В связи с этим представляет интерес изучение гидрогеохимии малосульфидного Спокойнинского месторождения, расположенного в пределах лесостепной зоны.

Промышленная отработка крупнейшего в Восточном Забайкалье Спокойнинского вольфрамитового месторождения была начата в 1940 году и продолжалась вплоть до начала текущего столетия. Месторож-

1Чечель Лариса Павловна, научный сотрудник лаборатории геоэкологии и рудогенеза; тел.: (3022)21-17-21, e-mail: Ipche-chel@mail.ru.

Chechel Larisa Pavlovna, a research assistant of the laboratory of geo-ecology and ore genesis, tel.: (3022)21-17-21, e-mail: Ipche-chel@mail.ru.

дение отрабатывалось открытым способом, обогащение руды проводилось на месте. Вскрытие карьерами рудных тел, а также складирование на поверхности огромных масс переработанной руды в виде отвалов и хвостов обогатительной фабрики способствовало активизации процессов выветривания, что, в свою очередь, повлияло на формирование подземных вод.

В районе Спокойнинского месторождения в два срока (1986 и 2005 гг.) было отобрано 38 водных проб. В пробах общепринятыми методами проводилось определение рН, ЕЙ, основных макрокомпонентов (НСОз-; СО2; СО32-; БОд2-; С1-; Са2+; Мд2+; Ыа+; К+), фтора, фосфора, окисляемости, кремнекислоты [8]. Определение концентраций металлов проводилось атомно-абсорбционным (Си, гп, РЬ, Ре, Мп, Ы Со, Ад и др.) и эмиссионно-спектральным (Мо, W, Бп) методами с предварительным концентрированием [1, 4, 8]. Для расчета форм миграции металлов в водах был использован программный комплекс НО 32 [2].

Месторождение относится к грейзеново-вольфрамитовому промышленному типу оловянно-вольфрамовой рудной формации Забайкалья. В пределах месторождения выделяют два типа оруденения: грейзены и грейзенизированные породы, развитые преимущественно в апикальной части интрузии и кварцевые жилы с околожильными кварц-мусковитовыми грейзенами, залегающими в гранитах, реже в сланцах. Главный рудный минерал в зонах грейзенизации - вольфрамит (Ре,Мп^О4, геохимической особенностью которого является преимущественно марганцовистый состав. К числу минералогических особенностей рудных тел Спокойнинского месторождения относится незначительное количество в них сульфидов и флюорита [5].

Спокойнинское месторождение находится в лесостепной ландшафтной зоне с низкогорным, холмисто-увалистым рельефом. В районе развита многолетняя мерзлота островного типа. Количество осадков распределяется неравномерно и не превышает 280 мм в год. Относительные превышения над долинами рек составляют здесь 250-300 м. Замедленный водообмен и засушливый климат района определяют режим испарительной концентрации, ведущий к накоплению солей в водах.

В ненарушенных условиях в районе Спокойнин-ского месторождения развиты околонейтральные ультрапресные и пресные воды с минерализацией до 300 мг/л (табл. 1). Состав их преимущественно сульфатно-гидрокарбонатный, магниево-кальциевый и магниево-натриевый. Характерны повышенные содержания ионов сульфата (до 94,0 мг/л), что естественно на начальных этапах процессов испарительного концентрирования.

По данным корреляционного анализа четко выделяются две группы элементов, характеризующих гидрогеохимическое поле Спокойнинского месторождения (коэффициенты корреляции от 0,5 до 0,9). Первая группа контролирует величину минерализации вод и определяет их химический тип - НСО3, БО4, С1, Са, Мд и Ыа, вторая представлена компонентами, характеризующими редкометалльное оруденение района, - W, Мо, И, Р.

Невысокие концентрации микрокомпонентов в водах, формирующихся в естественных условиях (табл. 1), являются, прежде всего, следствием неблагоприятной для их миграции околонейтральной и слабощелочной реакции среды, а также незначительного присутствия сульфидов в рудах. Известно, что щелочная

Таблица 1

Показатели химического состава вод по данным 1986 г. (мгл

Показатель в естественных условиях техногенные воды

тип тах тлп тах

рН 6,03 7,33 6,55 7,86

Са2+ 0,1 16,1 0,3 38,9

Мд2+ 0,3 8,3 0,8 20,4

Ыа2+ 5,2 9,8 0,6 36,6

К2+ 0,5 4,6 0,02 6,3

НСО3- 21,3 235,0 42,7 253,0

БО42" 11,6 94,0 7,8 170,0

С!" 0,2 7,4 1,1 95,4

Р- 0,12 0,57 0,19 1,62

Минерализация 51,1 291,3 66,6 698,6

Химический тип вод БО4-НСО3-Мд-Са БО4-НСО3 -Мд-Ыа С!-БО4-НСОэ-Ма-Мд-Са БО4-НСО3-Ма-Мд-Са

Бг 0,04 0,6 0,07 1,01

Ре 0,04 6,24 0,208 3,19

Мп 0,003 0,08 0,006 0,938

0,004 0,033 0,014 0,069

гп 0,0046 0,0458 0,0046 0,0207

Си 0,0011 0,0039 0,0007 0,0031

РЬ 0,0016 0,0059 0,0019 0,0064

W 0,0001 0,0017 0,0001 0,0065

Мо 0,0001 0,0003 0,0001 0,0020

Бп 0,0001 0,0025 0,0002 0,0013

карбонатная среда препятствует водной миграции металлов, способствуя выведению их из растворов в виде карбонатов [6]. Концентрации стронция, лития и молибдена находятся на уровне фоновых значений, примерно вдвое выше фона содержания марганца, меди, свинца и вольфрама. Наиболее контрастные ореолы рассеяния (коэффициент концентрации от 6 до 29) в водах района формируют железо, цинк и олово. Гидрогеохимическое поле Спокойнинского месторождения, таким образом, в ненарушенных условиях почти сливается с фоновыми участками, выделяясь повышенными концентрациями железа, цинка, олова и вольфрама. Последний, как известно, накапливается до значительных содержаний только в трех типах вод - азотных термах, минеральных озерах и ореолах рассеяния вольфрамовых месторождений [7].

Вскрытие руд в результате отработки месторождения, возможность свободного доступа к ним кислорода воздуха и атмосферных осадков способствовали

активизации процессов выветривания и формированию техногенных вод (воды карьера, отстойников обогатительной фабрики, техногенных потоков рассеяния и т.п.), для которых характерны более высокие концентрации макрокомпонентов и минерализации. При этом произошла смена типа вод на хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатный натрий-магний-

кальциевый (табл. 1). Заметно увеличились концентрации марганца, источником которого в водах является вольфрамит, и редких металлов - вольфрама,

лития и молибдена, а также фтора, который известен как спутник редкометалльной минерализации.

Гидрогеохимическое опробование месторождения проводилось в разные по влажности периоды - в 1986 году фон увлажненности был значительно выше, чем в 2005 г., особенно в многолетнем плане. Смена более влажного климата на засушливый способствовала усилению процессов испарительного концентрирования, в результате чего заметно возросли концентрации практически всех макрокомпонентов (табл. 2), за исключением хлор-иона, что, вероятно, можно объяснить недостаточным числом точек опробования.

В 2005 г. были опробованы воды карьера и отстойника обогатительной фабрики. Воды карьера слабощелочные с минерализацией более 600 мг/л и сульфатным кальциевым составом. В пределах отстойника были опробованы дренажная канава, небольшой пруд и озеро. Воды дренажной канавы околонейтральные сульфатно-гидрокарбонатные натрие-

во-кальциевые с минерализацией более 600 мг/л. На дне и в бортах канавы наблюдались отложения цвета ржавчины, свидетельствующие о выпадении из вод коллоидов гидроксидов железа, которое сопровождалось скачком значений рН, ЕЙ и некоторым снижением концентраций кремния, марганца, цинка, меди и свинца (табл. 2). Причиной образования коллоидов железа и, судя по всему, совместного с ними соосаждения названных компонентов послужила смена окислительно-восстановительной и кислотно-щелочной обстано-

Таблица2

Показатели химического состава техногенных вод по данным 2005 г.

Карьер Отстойник обогатительной фабрики

Показатель С-в часть Южная часть Дренажная канава -1 Дренажная канава -2 Пруд Озеро

pH 7,83 7,88 7,06 7,29 8,19 8,75

Eh, мВ 197 189 13 136 145 131

Ca2+ 164,5 153,0 82,7 н.о. 65,6 36,2

Mg2+ 43,6 35,8 14,7 н.о. 10,9 12,3

Na2+ 19,2 20,4 77,4 н.о. 25,1 29,8

K2+ 4,1 5,0 4,2 н.о. 4,1 3,8

HCO3- 61,0 54,9 348,9 н.о. 131,8 146,4

SO42" 340,0 352,0 75,0 н.о. 130,0 17,0

Cl- 2,5 2,8 14,1 н.о. 8,9 12,6

F- 3,3 3,3 0,91 н.о. 1,9 1,26

Минерализация 635,0 624,0 617,0 н.о. 376,3 258,1

Химический тип вод HCO3- HCOa-Mg-

SO4-Mg-Ca SO4-HCOs-Na-Ca SO4-Na- Na-Ca

Ca

Si 6,3 5,6 7,2 1,8 - 0,5

Al 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,3

Sr 0,87 0,89 1,26 1,25 0,33 0,58

Fe 0,043 0,046 9,5 9,5 1,44 0,028

Mn 1,53 1,53 2,03 1,86 0,49 0,05

Zn 0,017 0,017 0,005 0,004 0,0005 0,0005

Cu 0,001 0,001 0,003 0,001 0,004 0,003

Pb 0,0008 0,0009 0,0012 0,0005 0,0031 0,0001

Cd 0,01 0,009 0,01 0,01 0,012 0,008

W 0,224 >0,300 >0,300 н.о. 0,0182 >0,300

Mo 0,0339 0,0537 0,00355 н.о. 0,0107 0,0151

Sn 0,0004 0,0009 0,00001 н.о. 0,002 0,0004

Примечание: н.о. - определение показателя не проводилось.

вок, произошедшая в результате выхода грунтовых вод отстойника на дневную поверхность. Для пресных, слабощелочных вод пруда характерен гидрокарбонат-но-сульфатный натриево-кальциевый состав. Озеро, расположенное в пределах отстойника обогатительной фабрики, по своим характеристикам соответствует озерам этой ландшафтной зоны - вода пресная, щелочная (рН - 8.75), гидрокарбонатного магниево-натриево-кальциевого состава. По величине показателя ЕЙ (13-197 Мв) опробованные в 2005 г. воды относятся к переходному окислительно-восстановительному типу.

Техногенные воды карьера и отстойника содержат аномальные концентрации вольфрама - более 0,3 и молибдена - до 0,054 мг/л, миграционные свойства которых наиболее высоки в щелочных натриевых водах [7]. Из других металлов в 2005 г. в техногенных водах были зафиксированы аномальные концентрации стронция, железа и марганца (табл. 2). Опробование отстойника в 1986 году показало, что в этот период здесь были развиты нейтральные (рН 7,3), пресные с минерализацией 290 мг/л воды, микрокомпонентный состав которых был следующим (мг/л): стронций -0,49; железо - 0,207; марганец - 0,0993; цинк - 0,0072; медь - 0,0023; вольфрам - 0,0303; молибден -0,00312; олово - 0,00046.

Согласно расчетам форм миграции металлов основными их формами в водах, формирующихся в пределах Спокойнинского месторождения, являются карбонатные и гидроксокомплексы (табл. 3), которые, накапливаясь, достигают состояния насыщения и выводятся из раствора в результате образования вторичных минералов.

Таблица 3

Основные формы миграции микрокомпонентов в водах зоны гипергенеза Спокойнинского месторождения

Предпочтительная миграция в простой катионной форме характерна лишь для железа, марганца, цинка и стронция. Вольфрам и молибден мигрируют в виде анионогенных ионов, возможности миграции которых в условиях аридного климата по сравнению с катионо-

генными формами возрастают [6, 7]. Аналогичные расчеты, проведенные для вод Кукульбейской группы вольфрамовых месторождений, показали, что в этих условиях наиболее характерной для тяжелых металлов формой миграции в водах является простая кати-онная форма, за исключением молибдена и вольфрама, которые мигрируют в форме анионов - HWO4-, WO42-, HM0O4-, M0O42 [3].

Таким образом, низкое содержание сульфидов в рудах Спокойнинского месторождения, а также расположение в лесостепной ландшафтной зоне в условиях замедленного водообмена и засушливого климата являются основными причинами формирования вод, которым свойственны слабая агрессивность и повышенная общая минерализация (в основном ее карбонатная составляющая), что приводит к образованию слаборастворимых солей и выведению из природного раствора катионов. В результате даже в техногенных водах концентрации только отдельных металлов достигают миллиграммовых значений, в основном это единицы, десятки и менее мкг/л. Одновременно с этим возрастают возможности для миграции и накопления в водах анионогенных ионов, таких как WO42- и MoO42-, содержания которых достигают аномальных значений.

Библиографический список

1. Банщиков В.А. Атомно-абсорбционное определение тяжелых металлов в природных водах с их предварительным концентрированием соосаждением с висмутом в виде диэтилдитиокарбаматов / В.А.Банщиков, Р.М.Сусленкова, Л.А.Кондратенко // Геохимия техноге-неза. - Иркутск: СибГЕОХИ, 1985. - Т. 2. - С. 114-117.

2. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач / М.Б.Букаты // Известия ТПУ. - 2002. - Т. 305, вып. 8. - С. 348-365.

3. Замана Л.В. Рудные элементы в гидрогеохимических ореолах некоторых типов месторождений Забайкалья / Л.В.Замана, Л.П.Чечель, М.Т.Усманов Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири: мат-лы научн. конф., посвященной 100-летию профессора Томского политехнического университета П.А. Удодова. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - С.156-159.

4. Загузин В.П. Химико-спектральное определение вольфрама, молибдена и олова в природных водах / В.П.Загузин, В.И.Ксензова, Ю.Ф.Погребняк // Журн. аналит. химии. - 1980. - № 6. - С. 1143 - 1147.

5. Иванова Г.Ф. Геохимические условия образования вольфрамитовых месторождений / Г.Ф.Иванова. - М.: Наука, 1972.

6. Колотов Б.А. Гидрогеохимия рудных месторождений / Б.А.Колотов. - М.: Недра, 1992. - 192 с.

7. Крайнов С.Р. Геохимия редких элементов в подземных водах / С.Р.Крайнов. - М.: Наука, 1973.

8. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю.Лурье. - М.: Химия, 1984. - 448 с.

9. Zamana L.V., Chechel L.P. Technogenic hydrogeo-chemical anomalies of tungsten deposits in Kukulbey ore region // J. Geosci. Res. NE Asia, V. 7, № 2, Apr., 2004. P. 52-57.

Компонент Формы миграции

Al AlOiOHfe"; Al(OH)30; Al(OH)6SiO-, AF2+; AlFs0

Mn Mn2+;MnCO30; (MnHCO3)+; MnSO40

Fe Fe2+; FeCO30; FeOH+;

Cu CuCO30; Cu2+; CuHCO3+; CuOH+; CuSO40

Zn Zn2+; ZnCO30; ZnOH+; ZnHCO3+; ZnSO40

Pb PbOH+; PbCO30; Pb2+; PbHCO3+

Li Li2CO30; Li+

Sr Sr2+; SrSO40; SrHCO3+

Sn SnO0; Sn(OH)2

W WO42"

Mo MoO42-