Поведение редкоземельных элементов в некоторых минералах Шохкадамбулакского железорудного месторождения (Северный Таджикистан)

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2011, том 54, №11_________________________________

ГЕОХИМИЯ

УДК 550.0

Н.С.Сафаралиев , член-корреспондент АН Республики Таджикистан А.Р.Файзиев

ПОВЕДЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НЕКОТОРЫХ МИНЕРАЛАХ ШОХКАДАМБУЛАКСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

*Таджикский национальный университет,

Институт геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН Республики Таджикистан

Содержание суммы РЗЭ в рассматриваемых минералах колеблется от 0.86 до 55.39 ppm. Наиболее высокое содержание лантаноидов наблюдается в магнетите, низкое - в пирите. В их составе главная роль принадлежит элементам лантановой подгруппы.

Ключевые слова: редкоземельные элементы - магнетит - гематит - пирит - гранат - пироксен.

Основными рудными минералами месторождения являются гематит, магнетит и пирит, выделение которых происходило на фоне значительного снижения кислотности изначально резко кислой среды и её смены на восстановительную. В этих минералах, а также в типично скарновых образованиях - пироксене и гранате было определено содержание редкоземельных элементов (РЗЭ). Анализы проводились в лаборатории Acme analytical Laboratories LTD в г. Ванкувере (Канада) на ICP-MS.

Результаты анализов приведены в таблице. Как видно из этой таблицы, содержание суммы РЗЭ в минералах месторождения неоднозначное и колеблется от 1.01 до 55.39 ppm. Повышенные содержания лантаноидов характерны для магнетита из Центрального участка месторождения - среднее содержание суммы РЗЭ равно 14.51 ppm. Максимальное значение лантаноидов (55.39 ppm) обнаружено в магнетите из штольни №23. В пробах из канавы №588, которая находится недалеко от этой штольни, содержание РЗЭ также высокое (14.34 ppm). Близка к этому значению и концентрация лантаноидов в магнетитах (13.79 и 11.32 ppm) из древней горной выработки, находящейся в самой восточной части этого участка. В магнетите из штольни №21 содержание РЗЭ уже сравнительно низкое - 4.19 ppm. Ещё ниже концентрация элементов в минерале из канавы №575 (1.54 ppm) и штольни №22 (1.01 ppm). Среднее содержание суммы лантаноидов в магнетитах всего Центрального участка равно 14.51 ppm.

В магнетитах из Восточного и Западного участков Шохкадамбулакского месторождения содержание суммы РЗЭ более чем на порядок ниже. Среднее содержание лантаноидов в минерале равно 1.70 и 1.45 ppm соответственно.

Как видно из таблицы, магнетиты специализированы в отношении лёгких лантаноидов. Состав их сугубо лантановый, при относительно низких средних содержаниях иттриевой и скандиевой

Адрес для корреспонденции: Файзиев Абдулхак Раджабович, Сафаралиев Носир Саиджалолович. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Айни, 267, Институт геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН РТ. E-mail: faiziev38@mail.ru; chokadambulak@mail.ru

подгруппы: : : Т$с = 78.3 :13.7 : 8.0. В изученных пробах магнетитов 'Се : ' - отноше-

ния колеблются от 3.3 до 22.1, при среднем 6.0. Колебания La:Yb - отношений 4.5-36.9 (среднее 10.1). Для магнетитов, за исключением образца 72, характерна отрицательная европиевая аномалия, равная в среднем 0.49 (предел колебаний 0.05-1.0).

Таблица

Содержание редкоземельных элементов в минералах месторождения Шохкадамбулак, ррт

№ пробы, место взятия La Ce Pr № Sm Eu Gd ІЬ Dy Ш

Магнетит, Центральный участок

4, шт. 23 10.5 21.9 2.27 8.7 2.28 0.28 2.80 0.44 2.74 0.56

5, кан. 588 2.9 6.1 0.62 2.76 0.63 0.03 0.60 0.08 0.37 0.05

13, кан. 27 3.2 5.6 0.55 2.35 0.47 0.10 0.53 0.08 0.42 0.08

15, кан. 27 2.4 4.8 0.54 1.95 0.42 0.07 0.43 0.05 0.27 0.06

17, шт. 21 1.7 1.2 0.11 0.51 0.08 0.02 0.10 0.02 0.17 0.02

9, кан. 575 0.5 0.2 0.04 0.24 0.08 0.02 0.08 0.02 0.14 0.03

22. шт. 22 0.5 0.1 0.04 0.02 0.02 0.02 0.08 0.02 0.02 0.02

Среднее 3.1 5.7 0.6 2.40 0.60 0.08 0.66 0.09 0.59 0.22

Магнетит, Западный участок

57. шт. 11 0.5 0.3 0.03 0.15 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02

71. кан. 383 0.5 0.7 0.08 0.20 0.07 0.02 0.12 0.02 0.08 0.02

72. кан. 404 0.5 0.5 0.05 0.17 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02 0.02

63 м, шт. 11 0.5 0.2 0.02 0.07 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.02

Среднее 0.5 0.4 0.04 0.15 0.03 0.02 0.05 0.02 0.04 0.02

Магнетит, Восточный участок

55, шт. 7 0.5 0.7 0.07 0.06 0.06 0.02 0.05 0.02 0.13 0.02

50, шт. 7 0.5 0.8 0.04 0.05 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

Среднее 0.5 0.75 0.05 0.06 0.04 0.02 0.04 0.02 0.07 0.02

Среднее в целом 1.9 3.2 0.34 1.32 0.32 0.05 0.38 0.06 0.34 0.07

Гематит, Восточный участок

34, кан. 123 0.5 0.2 0.02 0.02 0.04 0.02 0.05 0.02 0.02 0.02

32, кан. 122 0.5 0.5 0.05 0.21 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02 0.02

55 а, 1.2 1.5 0.32 1.54 0.46 0.15 0.53 0.12 0.87 0.20

Среднее 0.73 0.73 0.13 0.59 0.17 0.06 0.20 0.05 0.30 0.08

Пирит, Западный участок

56, шт. 11 0.5 0.1 0.02 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

63, шт. 11 0.5 0.2 0.02 0.11 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02

Среднее 0.5 0.15 0.02 0.07 0.02 0.02 0.02 0.02 0.025 0.02

Гранат, Западный участок

58, шт. 11 1.2 2.0 0.19 0.02 0.10 0.04 0.11 0.02 0.10 0.03

Пироксен, Восточный участок

51, шт. 7 0.5 0.4 0.05 0.19 0.03 0.08 0.10 0.02 0.08 0.02

Продолжение таблицы

Er Yb Lu Сумма ELa: SY: SSc SCe: SY La: Yb Eu:Eu*

Магнетит, Ц ентральный участок

1.56 0.17 1.01 0.13 55.39 78.3:16.4:5.3 7.9 9.9 0.90

0.08 0.02 0.08 0.02 14.34 86.3:12.3:1.4 22.1 36.9 0.05

0.22 0.03 0.14 0.02 13.79 84.8:12.2:3.0 14.2 22.9 0.20

0.14 0.02 0.15 0.02 11.32 85.6:11.5:2.9 16.2 16.0 0.16

0.09 0.02 0.13 0.02 4.19 84.0:9.8:6.2 17.7 13.1 0.22

0.08 0.02 0.07 0.02 1.54 63.6:24.0:12.4 3.3 7.1 0.25

0.02 0.02 0.11 0.02 1.01 65.4:17.8:16.8 8.8 4.5 0.40

0.31 0.04 0.25 0.04 14.51 78.4:14.7:6.9 12.9 15.7 0.31

Er Tm Yb Lu Сумма ELa: EY: ESc ECe: EY La: Yb Eu:Eu*

Магнетит, Западный участок

0.03 0.02 0.03 0.02 1.21 81.0:10.7:8.3 7.1 16.7 1.00

0.07 0.02 0.14 0.03 2.07 71.5:15.9:12.6 4.8 3.6 0.21

0.04 0.02 0.09 0.02 1.52 80.3:8.5:11.2 6.2 5.6 0.80

0.02 0.02 0.02 0.02 1.01 78.2:13.9:7.9 6.2 25.0 1.00

0.04 0.02 0.07 0.02 1.45 77.7:12.1:10.2 6.0 12.7 0.75

Магнетит, Восточный участок

0.10 0.02 0.06 0.02 1.83 72.7:16.4:10.9 4.2 8.3 0.36

0.02 0.02 0.02 0.02 1.6 86.9:8.1:5.0 12.3 25 0.80

0.06 0.02 0.04 0.02 1.7 79.8:12.3:7.9 8.3 16.7 0.58

0.19 0.03 0.16 0.03 8.52 78.3:13.7:8.0 10.1 15.0 0.49

Гематит, Восточный участок

0.02 0.02 0.02 0.02 0.99 74.7:13.2:12.1 7.3 25.0 0.44

0.03 0.02 0.02 0.02 1.48 85.1:8.8:6.1 10.4 25.0 0.80

0.59 0.07 0.50 0.09 8.14 56.0:28.6:15.4 2.5 2.4 0.30

0.21 0.04 0.18 0.04 3.54 71.9:16.9:11.2 5.7 17.5 0.51

Пирит, Западный участок

0.02 0.02 0.02 0.02 0.86 76.7:9.3:14.0 6.2 25.0 1.00

0.03 0.02 0.05 0.02 1.08 76.9:12.0:11.1 5.4 10.0 1.00

0.035 0.02 0.035 0.02 0.97 76.8:10.7:12.6 5.8 17.5 1.00

Гранат, Западный участок

0.08 0.02 0.08 0.02 4.00 85.3:10.0:4.7 11.5 15.9 0.38

Пироксен, Восточный участок

0.07 0.02 0.07 0.02 1.65 69.1:29.0:10.9 4.9 7.1 1.23

Примечание: шт. - штольня; кан - канава.

В гематитах из Шохкадамбулакского месторождения содержание РЗЭ от 0.99 до 8.14 ppm, при средней концентрации 3.54 ppm. И здесь, так же как в магнетитах, на первый план выступают элементы лантановой подгруппы. Но по сравнению с магнетитами в гематитах содержание лёгких лантаноидов несколько ниже: TL ' ТУ : Т$с = 71.9:16.9:11.2 . Отношение цериевой группы к ит-триевой всё ещё повышенное ( YÇe : ТХ = 2.5 —10.4, среднее 5.7 ), а La:Yb - отношения высокое -2.4-25.0 (среднее 17.5).

Европиевый минимум в гематите выражен, но немного слабее, чем в магнетите, и характеризуется величиной Eu/Eu* в пределах 0.30-0.80 (среднее 0.51).

Суммарное содержание РЗЭ в двух проанализированных пробах пирита из Западного участка низкое и меняется от 0.86 до 1.08 (среднее 0.97 ppm). И здесь основное количество элементов приходится на долю лантановой подгруппы (76.8%), а редкие земли скандиевой и иттриевой подгрупп имеют ограниченное распространение (соответственно 12.6 и 10.7%). Средние величины YÇe : ТУ -и La:Yb - отношений в пирите равны 5.8 и 17.5 соответственно. Eu/Eu* - отношение в пирите равно 1.0.

В гранате из Западного участка месторождения концентрация суммы РЗЭ несколько повышенная - 4 ppm. В нём содержание элементов лантановой подгруппы составляет более 88% от общей суммы лантаноидов. На долю иттириевой и скандиевой подгрупп приходится 10.0 и 4.7% соответственно. Так же, как и в других рассматриваемых минералах, для граната характерно многократное преобладание в составе РЗЭ лантановой группы над иттриевой (11.5) и лантана над иттербием (15.9).

Особенностью состава граната является значительное обеднение его европием, на фоне некоторого обогащения самарием и гадолинием. Величина отношения Eu/Eu* равна 0.38.

В пироксене из Восточного участка месторождения содержание суммы РЗЭ низкое - 1.65 ppm. По сравнению с описанными минералами в пироксене концентрация легких лантаноидов минимальная ' ТУ ' TSC = 69.1: 20.0 :10.9). Минимальными в этом минерале являются также ТСе ' ТУ

(4.9) - и La:Yb (7.1) - отношения. Из рассмотренных минералов только в пироксене наблюдается европиевый максимум с величиной Eu/Eu* - отношения 1.23.

Нормированные по хондритам Cl [1] спектры распределения РЗЭ в минералах месторождения Шохкадамбулак показаны на рис. 1. Как видно из этого рисунка, спектры образуют своеобразный пучок кривых, конфигурации которых отличаются друг от друга. Магнетит образует круто наклонную вправо от La до Eu кривую. Значения концентрирования средних и легких лантаноидов имеют субгоризонтальное положение с заметным подъёмом вверх в точке Tb на кривой.

9

1_а Се Ыс1 Эт Ей ТЬ УЬ

Рис. 1. Распределение РЗЭ , нормированное по хондритам С1 в минералах: 1 - магнетит, 2 - гемматит, 3 - пирит, 4 - гранат, 5 - пироксен.

Отдельным пробам магнетитов свойственны однотипные, похожие друг на друга, кривые хондрит-нормированного распределения спектров РЗЭ, отличаясь только по степени их концентрированности (рис. 2). Это выражается в веерообразном расположении кривых в левой части этого рисунка от Ьа до Ей и близкое к горизонтальному положению от Ей до УЬ в правой его части, с невысокой положительной аномалией ТЬ.

Нормированное по хондритам распределение РЗЭ для гематита заметно отличается от магнетита, указывая на специфику его состава и условий образования в рудообразующей среде в процессе кристаллизации этого минерала. Здесь резкий наклон кривой вправо наблюдается на отрезке от Ьа до Се. Затем отрезок спектра распределения лантаноидов от Се до УЬ имеет почти горизонтальное положение, с незначительными подъёмами и опусканиями.

1.3 Се N01 Эт Ей ТЬ УЬ

Рис. 2. Распределение РЗЭ, нормированное по хондритам С1 в магнетитах: 4, 5, 13, 15 и 17 - номера образцов

(см. таблицу).

Хондрит-нормированное распределение РЗЭ в пирите по форме кривой напоминает гематит, отличаясь пониженным содержанием лантаноидов. Это связано, по-видимому, с влиянием концентрирования элементов в растворе в процессе кристаллизации этих минералов.

Подобная форма спектров нормированного распределения лантаноидов с пиритом наблюдается и в пироксене, за исключением европия, образующего явную положительную аномалию. Общая тенденция в распределении РЗЭ в пирите и пироксене может свидетельствовать о том, что эти минералы образовались в близких условиях среды кристаллизации.

В графике нормированного по хондритам спектров распределения РЗЭ в гранате наблюдается крутой наклон вправо от Ьа до Ярко выраженная отрицательная аномалия Nd сменяется на менее аномальные содержания лантаноидов в интервале 8ш-УЬ.

Таким образом, в составе минералов месторождения Шохкадамбулак главная роль принадлежит элементам лантановой подгруппы (главным образом Ьа, Се и Nd), составляющим в среднем от 69.1 до 85.3% от общего содержания РЗЭ. На долю иттриевой и скандиевой подгруппы элементов приходится 10.0-20.0 и 4.7-12.6% соответственно. Колебание : ТУ - отношение находится в пределах 4.9-1.5. Такое многократное преобладание цериевой группы над иттриевой отражается крутым подъёмом кривых нормированного распределения РЗЭ от Ей в сторону Ьа (см. рис. 1 и 2).

Относительное содержание Ьа в составе РЗЭ в минералах («лантановость») или Ьа:УЬ - отношение, служащего показателем изменения кислотности - щёлочности минералообразующей среды, сравнительно высокое и колеблется в среднем от 7.1 до 17.5. За редкими исключениями во всех минералах месторождения имеет место отрицательная европиевая аномалия.

В заключение отметим, что из рассмотренных минералов редкие земли могут входить в кристаллическую решетку только граната и пироксена, структурно замещая Са2+. В железосодержащих

минералах (магнетите, гематите, пирите) изоморфное замещение лантаноидами железа вызывает большие сомнения в связи с несоответствием их ионных радиусов и радиусов Fe2+ и Fe3+. Поэтому вероятной формой нахождения лантаноидов в составе этих минералов является атомарное или молекулярное рассеяние [2].

Поступило 12.08.2011 г

ЛИТЕРАТУРА

1. Anders E., Ebihara M. - Geol. et. cosmochim. acta, 1982, v.46, №11, pp.2363-2369.

2. Кулик Н.А., Мельгунов С.В. - Геология и геофизика, 1992, №2(374), с.93-103.

Н.С.Сафаралиев*, А.Р.Файзиев

РАФТОРИ ЛАНТАНОИДНО ДАР БАЪЗЕ МИНЕРАЛ^ОИ КОНИ О^АНИ ШОЭДАДАМБУЛАК

*Донишго%и миллии Тоцикистон,

Институти геология, сохтмонии ба заминчумбй тобовар ва сейсмологияи Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Микдори лантаноидно дар минералхои кони Шохкадамбулак аз 0.86 то 55.39 ppm тагйир меёбад. Аз хама бисёр онхо дар магнетит ва аз хама кам дар пирит чой доранд. Дар тар-киби лантаноидхо роли асосиро зергурухи лантанй мебозад.

Калима^ои калиди: лантаноидно - магнетит - гематит - пирит - гранат - пироксен.

N.S.Safaraliev*, A.R.Fayziev BEHAVIOR OF RARE EARTH ELEMENTS IN SOME MINERALS OF SHOHKADAMBULAK IRON DEPOSIT

Tajik National University,

Institute of Geology, Earthquake Engineering and Seismology,

Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The content of the sum of REE in these minerals varies from 0.86 to 55.39 ppm. The highest content of lanthanides is observed in magnetite, low one belongs to pyrite. In contents of REE the main role played elements of the lanthanum subgroup.

Key words: rare earth elements - magnetite - hematite - pyrite - garnet - pyroxene.