Техногенно-минеральные образования и воды некоторых месторождений Северной Италии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета

Техногенно-минеральные образования и воды некоторых месторождений Северной Италии

Technogenic mineral formations and waters of some deposits in Northern Italy

Наумов В.А., Фиоруччи А., Брюхов В.Н.,

Голдырев В.В., Мовзитова К.И., Фетисов В.В.

Аннотация

Показаны основные черты геологического строения и вещественных комплексов Северной Италии, изученные в рамках проекта по проведению исследований благороднометальной минерализации техногоенно-минеральных образований Международной исследовательской группы Пермского края. Рассмотрены процессы техногенеза и техногеогенеза, характерные для техногенно-минеральных образований и технологических вод. Получены экспериментальные данные по осаждению и укрупнению частиц нанозолота из растворов на угли, которые служат основой для разработки технологий освоения гидроминерального сырья, образующегося из технологических вод в пределах золотоносных техногенно-минеральных образований.

Ключевые слова: микро- и нанозолото, сорбция золота на углях, техногенно-минеральные образования.

The basic features of the geological structure and material complexes of Northern Italy are shown in the paper. They were studied under the project in conducting research on the noble metal mineralization of technogenic and mineral formations of the International Perm Group of the Perm Region. The authors considered the processes of technogenesis and technogeogenesis, which are typical for technogenic and mineral formations and process waters. Experimental data were obtained on the deposition and enlargement of nanogold particles from solutions on coals, which are the basis for the development of technologies for the development of hydromineral raw materials generated from industrial waters within gold-bearing technogenic and mineral formations.

Keywords: micro- and nanogold, sorption of gold on coals, technogenic-mineral formations.

Геологическое строение северной Италии обусловлено условиями формирования вещественных комплексов Альпийской покровно-складчатой системы Средиземноморского орогенно-скаладчатого пояса. В Альпах - это пакет тектонических покровов чехла, представленных отложениями, в основном карбонатными и глинистыми, пассивной окраины Евразии, от пермских до эоценовых. Центральная мегазона Альп соответствует океанскому бассейну Западного Тетиса. Океанская кора мегазоны представлена офиолитами. Они перекрыты толщей черных сланцев, которые в результате метаморфизма преобразованы в «блестящие сланцы». На них залегает мел-нижнепалеогеновый флиш. Все четыре элемента строения мегазоны - континентальный субстрат, офиолиты, «блестящие сланцы» и флиш образуют самостоятельные тектонические покровы [1] с ограниченным развитием интрузивных образований [2].

Для ранней стадии альпийского этапа тектогенеза характерны медно-колчеданные месторождения, для поздней, орогенной, стадии -- скарновые и гидротермальные месторождения руд вольфрама и молибдена, золота, свинца и цинка, медно-порфировые месторождения. Среди осадочных формаций альпид находятся крупные месторождения Средиземноморской бокситоносной провинции, встречаются осадочные месторождения железа и марганца. Среди терригенно-карбонатных комплексов северной Италии выявлены месторождения строительных материалов, мрамора, гранита, травертина. С эндогенными породами связаны месторождения самородной серы, ртути, пирита; имеются золотоносные и полиметаллические объекты, небольшие месторождения железной руды и др. [3]. Добыча железа ведется уже 2700 лет и сейчас сохранилась лишь в Аосте, Траверселле и на острове Эльба [4].

Разработка месторождений ведет к образованию техногенных отвалов, или техногенно-минеральных образований (ТМО; technogenic-mineral formations - TMF), изменению состава поверхностных и подземных вод, экологической ситуации в регионах, где располагаются месторождения. Идеология и алгоритмы изучения ТМО складываются из понимания, знания и учета процессов техногенеза и техногеогенеза. Техногенез рассматривается как «техническая деятельность человека, вооруженного техникой» или «геологический процесс, связанный с технической деятельностью человека, вооруженного техникой» [5]. Техногеогенез - геологический процесс, протекающий в техногенных осадках, образовавшихся в результате отработки месторождений [6] и представляющий собой процесс взаимодействия лито-, гидро-, атмо- и биосферы в продуктах технической деятельности человека или ТМО [7].

На формирование ТМО влияют следующие факторы: 1) геология месторождения (генетического типа, первичных форм нахождения полезных компонентов, минералого-петрографической характеристики первичного вещества и его химического состава); 2) технология разработки и технологическая схема отработки месторождения; 3) система формирования техногенных отвалов; 4) процессы последующего преобразования вещественного состава ТМО и изменение химического состава технологических вод. В процессе взаимодействия пород с водой она растворяет полезные компоненты, изменяет свой состав и может быть оценена как гидроминеральное сырье для последующего извлечения полезных компонентов.

Проект международной исследовательской группы Пермского края «Разработка природоподобной технологии формирования концентраций полезных компонентов внутри техногенных отвалов» направлен на изучение данных проблем с целью вторичного использования техногенных отвалов, технологических вод и минимизации неблагоприятных последствий для окружающей среды. Исследования в рамках проекта проводятся второй год. В рамках проекта было организовано два курса лекций в Пермском университете, выездные семинары в Туринском политехническом университете.

Практическая реализация проекта выполнена на техногенных объектах Северной Италии и России. В Северной Италии оценены техногенные объекты Южных Альп (регионы Пьемонт и Аоста). Объект исследования 2018 года - скарновое железорудное месторождение «Плутон Траверселла», отработанное в интересах автомобильной фирмы «Фиат». Оно расположено в п. Траверселла в провинции г. Турина, находящийся к западу от моренного амфитеатра Ивреа, на въезде в Валь-Киуселла.

«Плутон Траверселла» (см. рисунок 1) - позднеорогенное магматическое образование, состоящее из кварцевого диорита. Плутон контактирует с метаморфическим комплексом, состоящим из гнейсов и слюдяных сланцев. Контактный ореол представлен биотитовыми и андалузитовыми гнейсами. Основным рудным минералом был магнетит, встречались шеелит, уранинит-торифера, пирит и халькопирит, в меньшем количестве - кобальтит и молибденит [8]. После отработки части месторождения осталась железорудная штольня, ТМО не сохранились.

Нами проведено опробование коренных пород в пределах штольни, отобраны образцы разных рудных минералов, взяты пробы воды, дренирующей рудную и околорудную зоны, а также «пустые» вмещающие породы. При визуальном изучении материала установлено большое количество окисленного, под воздействием процессов техногеогенеза, пирита и других сульфидов. По данным анализов сульфиды являются слабозолотоносными. В этой связи по аналогии с изученными Уральскими объектами можно ожидать, что происходит высвобождение тонкого и связанного золота из сульфидов и дальнейшая его миграция вместе с рудничными водами.

Осенью 2019 года были изучены ТМО разработки месторождения рудника Chamousira кварц-золоторудной формации (см. рисунок 1). Объект находится вблизи муниципалитета Бруссон, расположеного в центре региона Валлед'Аоста. Разрабатывали золото-кварцевые жилы, которые пересекли гнейсовые и слюдяные сланцы, развитые в этом районе. Жила Fenilliaz, одна из крупнейших, эксплуатировавшаяся на семи уровнях, имела среднюю мощность от 60 до 80 см. Другие жилы, такие как жила Сперанцы имела среднюю мощность 30 см, жила Гаэ-Бьянче имела большую мощность, но более сложное строение [8].

В северных регионах Италии горнорудная промышленность и, следовательно, ТМО развиты слабо. Это связано со слабой рудоносностью пород, а также с тем, что потенциально перспективные на редкие и благородные металлы отвалы используют как сырье для строительных нужд. Подобные объекты расположены в южной Италии (Сардиния, Сицилия), где сейчас ведется разработка полиметалических и золоторудных месторождений. Объекты распространения ТМО являются первоочередными объектами изучения.

ТМО, содержащие благородные металлы в твердой фазе, детально изучены геологами Пермского государственного национального исследовательского университета на золото- и платиносодержащих отвалах месторождений России (Урала и Сибири) [9], Канады и других территорий. Техногеогенное преобразование вещества в ТМО приводит к разрушению минеральных фаз, высвобождению золота и других элементов, миграции и концентрации благородных металлов внутри ТМО.

Рис. 1 - Вырезка из тектонической схемы Альп [10] с указанием мест изучения ТМО Северной Италии

техногенный минеральный месторождение

Другим перспективным направлением использования ТМО является извлечение металлов из жидкой фазы, которая при определенных условиях представляет собой гидроминеральное сырье, и в то же время является источником, влияющим на изменение состава окружающей среды. Большое внимание в последние годы уделяется вопросам химического [11], [12], [13], биологического [15], [16], [17] высвобождения и осаждения золота из природных и техногенных вод в виде наночастиц золота [18], [19].

При взаимодействии сорбентов и технологической воды возможно физическое поглощение или обмен ионов редкоземельных элементов [20], благородных металлов и золота (см. рисунок 2). Физическое поглощение на углях обеспечивает восстановление ионов золота на их поверхности в виде металлических частичек размером от 100 нм до микронных пленок. При введении специализированных сорбентов происходит направленный ионный обмен и насыщение сорбента ионами золота [21].

Рис. 2 - Принципиальная схема физической сорбции (А) и ионного обмена (Б) золота из технологических растворов

Рис. 3 - Экспериментальные данные восстановления золотоносных фаз в виде шарообразных агрегатов единичных кристаллитов (А), кристаллов (Б), цепочечных агрегатов шарообразных кристаллитов на разных участках поверхности (В, Г) частицы угля

Нами проведены лабораторные эксперименты по осаждению золота из обогащенных золотом технологических вод и определению форм нахождения частиц золота на углях [22], [23], [24]. Они показали, что процесс восстановления золота на сорбентах технически исполним, и может быть экономически выгоден. Установлено, что сорбированные частицы золота имеют вид округлых агрегатов первичных кристаллитов размером в несколько микрометров (иногда десятки микрометров). Кристаллиты представлены восстановленными до металла наночастицами золота с минимальным размером 30-70 нм. Они образуют округлые агрегаты (сростки) золота со средним размером 300-600 нм. Соседние агрегаты составляют цепочки, островки и пленки золота микронного размера. Некоторые пленки золота имеют толщину до нескольких десятков микрон и формируют «каркасные» и «массивные» покрытия поверхности частиц угля (см. рисунок 3). Таким образом, экспериментальные исследования доказывают принципиальную техническую возможность практического использования технологических вод в составе ТМО для извлечения благородных металлов.

Выводы

1. Геологические особенности Северной Италии, выявленные и отработанные месторождения, показывают ограниченное распространение ТМО и необходимость их практического использования.

2. Российская идеология изучения процессов техногенеза и техногеогенеза, направленная на более полное извлечение твердых полезных ископаемых и извлечение металлов из формируемых в ТМО технологических вод может быть использовано на территории Италии.

3. Результаты экспериментов подтверждают [21], [22], [23] основную последовательность осаждения золота из золотоносных растворов, как поэтапный процесс с постепенным укрупнением первичных агрегатов нанозолота до размера микрочастиц.

4. Процесс осаждения и укрупнения золота на углях служит основой для разработки технологий освоения гидроминерального сырья, образующегося из технологических вод в пределах золотоносных ТМО.

5. Последующее использование ионообменных материалов, может повысить рентабельность отработки гидроминеральной составляющей ТМО.

Список литературы / References

1. [Электронный ресурс] URL: https://uchebniki-besplatno.com/geotektonika-geodinamika_1350/alpyi-43272.html/ (дата обращения: 22.09.19)

2. Трюмпи Р. Тектоническое развитие центральных и западных Альп / Р. Трюмпи // Тектоника альпийской области: сб. статей. - Изд. Мир. М., 1965. - С. 9-121.

3. [Электронный ресурс] URL: https://catalogmineralov.ru/deposit/italiy/ (дата обращения: 22.09.19)

4. [Электронный ресурс] URL: http://tureks.ru/2018/07/italiya-poleznye-iskopaemye/ (дата обращения: 22.09.19)

5. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: изд-во Урал. ун-та. - 1991. - С. 256.

6. Иванов О.К. Техногеогенез - новый генетический тип современных геологических процессов// Минералогия техногенеза. Миасс, 2002. С. 280.

7. Наумов В.А. Минерагения, техногенез и перспективы комплексного освоения золотоносного аллювия // Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук / Пермский государственный университет. Пермь, 2010.

8. Пагано Р. Итальянское золото в Мюнхене [Текст] / Р. Пагано // 50 лет Мюнхенской ярмарке минералов: сб. статей. - Италия, 2013. - С. 74-75.

9. Наумов В.А. Перспективы освоения золота из природных и техногенно-минеральных образований западного Урала [Текст] / В.А. Наумов, О.Б. Наумова, А. Фиоруччи // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. - 2018. - №18. - С. 65-71.

10. Большая советская энциклопедия: в 30 т. / Гл. ред. А. М. Прохоров. -- 3-е изд. -- М.: Сов. энцикл., 1969 - 1978.

11. Фрайзе В. Ф. Транспортировка золота органическими подземными растворами [Текст] / В. Ф. Фрайзе // Экономический. Геология. 26. - 1931. - С. 412-431.

12. Боуэлл Р. Дж. Роль фульвокислоты в супергенной миграции золота в почвах тропических дождевых лесов [Текст] / Р. Дж. Боуэлл, А. П. Гизе, Р. П. Фостер // Геохим. Космохим. Аста 57. - 1993. - С. 4179-4190.

13. Као И. Механизмы миграции наночастиц золота, разведанных в geogas из Хэтай Рудный район, Южный Китай [Текст] / И. Као // Геохимия. Ж. 45. - 2011. - С. 9-13.

14. Зоб Д. Геохимия и минералогия контрастных зон изменения супергенного золота, Южная Новая Зеландия [Текст] / Д. Зоб, Г. Керр // Геохимия 85. - 2017. - С. 19-34.

15. Бишоф К. Г. О. Микробное накопление золота: пример из Венесуэлы [Текст] / К. Г. О. Бишоф, Р. Р. Coenraads, Ж. Ласка // Neues Jahrbuch fьr Geologie und Palдontologie, Abh., 185. - 1992. - С. 131-159.

16. Накадзима А. Накопление золота микроорганизмами [Текст] / А. Накадзима // У. Ж. Микробиология. Биотехнологический. 19. - 2003. - С. 368-374.

17. Шустер Дж. Структурная и химическая характеристика зерен россыпного золота: влияние на вклад бактерий в формирование зерен [Текст] / Дж. Шустер, К. В. Джонстон, А. Н. Magarvey, А. Р. Гордон, К. Баррон, Н. Р. Банерджи, Г. Саутам // Геомикробиологический Журнал 32 (2). - 2015. - С. 158-169.

18. Хог Р. М. Наночастицы благородных металлов в Рудных системах [Текст] / Р. М. Хог, Р. Р. П. Благородный, М. Рейх // Обзоры По Рудной Геологии, 42. - 2011. - С. 55-61.

19. Шустер Ж., «Рост» в пробирке золотых зерен [Текст] / Ж. Шустер, Г. Саутам // Геология 43 (1). - 2015. - С. 79-82.

20. Fiorucci A.; Moitre B. (2012) Hydrogeochemical study on the rare earth concentration in groundwater, In: ROMANIAN JOURNAL OF MINERAL DEPOSITS, pagine 56-59, ISSN: 1220-5648

21. Наумов В.А. Экспериментальные исследования по осаждению золота на углеродные нити [Текст] / В.А. Наумов Б.М. Осовецкий, М.А. Волкова // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. - - № 21. - С. 69-74.

22. Волкова М.А. Экспериментальное моделирование процессов образования «нового» нанозолота [Текст] / М.А. Волкова, Б.М. Осовецкий // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь: Перм. ун-т. - - С. 50-54.

23. Наумов В.А. Механизмы накопления золота на углях / В.А. Наумов, Б.М. Осовецкий // Цветные металлы и минералы: сб. док. 9-го межд. конгресса. - 2017. - С. 952.

24. Наумов В.А. О механизме сорбции наночастиц золота углистым материалом [Текст] / В.А. Наумов, Б.М. Осовецкий // Геол. и полезн. иск. Зап. Ур. Пермь, - 2013. - С. 43-48.

Список литературы на английском языке / References in English

1. [Electronic resource] URL: https://uchebniki-besplatno.com/geotektonika-geodinamika_1350/alpyi-43272.html/. (assessed:09.19) [In Russian]

2. Trumpy R. Tektonicheskoye razvitiye tsentral'nykh i zapadnykh Al'p [Tectonic development of central and western Alps] / R. Trumpy // [Tectonics of the Alpine region: collection. Articles]. - M.: Mir, 1965. - P. 9-121. [in Russian]

3. [Electronic resource] URL: https://catalogmineralov.ru/deposit/italiy/. (assessed:09.19) [in Russian]

4. [Electronic resource] URL: http://tureks.ru/2018/07/italiya-poleznye-iskopaemye/. (assessed:09.19). [in Russian]

5. Emlin E.F. Tekhnogenez kolchedannykh mestorozhdeniy Urala. Sverdlovsk [Technogenesis of pyrite deposits of Urals. Sverdlovsk] - Ural univ. publishing house - 1991. - P. 256. [In Russian]

6. Ivanov O.K. Tekhnogeogenez - novyy geneticheskiy tip sovremennykh geologicheskikh protsessov [Technogenesis - new genetic type of modern geological processes] / Ivanov O.K. // Mineralogiya tekhnogeneza [Mineralogy of technogenesis]. Miass, 2002. - P. 280. [in Russian]

7. Naumov V.A. Minerageniya, tekhnogenez i perspektivy kompleksnogo osvoyeniya zolotonosnogo allyuviya [Minerageny, technogenesis and prospects for integrated development of gold-bearing alluvium] / Naumov V.A. // Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni doktora geologo-mineralogicheskikh nauk [Thesis for the degree of Doctor of Geological and Mineralogical Sciences] / Perm State University. Perm, 2010. [in Russian]

8. Pagano R. Ital'yanskoye zoloto v Myunkhene [Italian gold in Munich] [Text] / R. Pagano // 50 let Myunkhenskoy yarmarke mineralov: sb. statey [50 years of the Munich mineral fair: collection of Articles]. - Italy, 2013. - P. 74-75. [in Russian]

9. Naumov V.A. Perspektivy osvoyeniya zolota iz prirodnykh i tekhnogenno-mineral'nykh obrazovaniy zapadnogo Urala [Prospects for development of gold from natural and technogenic-mineral formations of the western Urals] / V.A. Naumov, O.B. Naumova, A. Fiorucci // Geologiya i poleznyye iskopayemyye Zapadnogo Urala [Geology and Minerals of the Western Urals] - 2018. - No. 18. - P. 65-71. [in Russian]

10. Bol'shaya sovetskaya entsiklopediya: v 30 t. [The Great Soviet Encyclopedia: in 30 tons] / Ed. by A.M. Prokhorov. - 3rd ed. - M.: Sov. Encycl., 1969 - 1978. [in Russian]

11. Freise V.F. Transportirovka zolota organicheskimi podzemnymi rastvorami [Transportation of gold by organic underground solutions] / V.F. Freise // Ekonomicheskiy. Geologiya [Economic. Geology]. 26. - 1931. - P. 412-431. [in Russian]

12. Bowell R. J. Rol' ful'vokisloty v supergennoy migratsii zolota v pochvakh tropicheskikh dozhdevykh lesov [Role of fulvic acid in supergene migration of gold in soils of tropical rain forests] [Text] / R. J. Bowell, A. P. Gise, R. P. Foster // Geokhim. Kosmokhim. Asta 57 [Geochem. Cosmochem. Asta 57]. - 1993. - P. 4179-4190. [in Russian]

13. Kao I. Mekhanizmy migratsii nanochastits zolota, razvedannykh v geogas iz Khetay Rudnyy rayon, Yuzhnyy Kitay [Mechanisms of migration of gold nanoparticles explored in geogas from Kheitai Rudny district, Southern China] [Text] / I. Kao // Geokhimiya [Geochemistry]. J. 45. - 2011. - P. 9-13. [in Russian]

14. Zob D. Geokhimiya i mineralogiya kontrastnykh zon izmeneniya supergennogo zolota, Yuzhnaya Novaya Zelandiya [Geochemistry and mineralogy of contrast zones of supergene gold changes, South New Zealand] [Text] / D. Zob, G. Kerr // [Geochemistry 85]. - 2017. - P. 19-34. [in Russian]

15. Bischof K. G. O. Mikrobnoye nakopleniye zolota: primer iz Venesuely [Microbial accumulation of gold: example from Venezuela] [Text] / K. G. O. Bischof, R. R. Coenraads, J. Lask // Neues Jahrbuch fьr Geologie und Palдontologie, Abh., 185. - 1992. - P. 131-159. [in Russian]

16. Nakajima A. Nakopleniye zolota mikroorganizmami [Accumulation of gold by microorganisms] [Text] / A. Nakajima // [U. J. Microbiology. Biotechnological 19]. - 2003. - P. 368-374. [in Russian]

17. Schuster J. Strukturnaya i khimicheskaya kharakteristika zeren rossypnogo zolota: vliyaniye na vklad bakteriy v formirovaniye zeren [Structural and chemical characteristics of alluvial gold grains: effect on contribution of bacteria to formation of grains [Text] / J. Schuster, K.V. Johnston, A. N. Magarvey, A. R. Gordon, K. Barron, N.R. Banerjee, G. Sautam // Geomikrobiologicheskiy Zhurnal 32 (2) [Geomicrobiological Journal 32 (2)]. - 2015. - P. 158-169. [in Russian]

18. Hog R. M. Nanochastitsy blagorodnykh metallov v Rudnykh sistemakh [Nanoparticles of noble metals in Ore systems] [Text] / R. M. Hog, R. R. P. Noble, M. Reich // Obzory Po Rudnoy Geologii [Reviews on Ore Geology, 42]. - 2011. - P. 55-61. [in Russian]

19. Schuster J., «Rost» v probirke zolotykh zeren [“Growth” in vitro of golden grains] [Text] / J. Schuster, G. Sautam // Geologiya 43 (1). [Geology 43 (1)] - 2015. - P. 79-82. [in Russian]

20. Fiorucci A.; Moitre B. (2012) Hydrogeochemical study on the rare earth concentration in groundwater, In: ROMANIAN JOURNAL OF MINERAL DEPOSITS, pagine 56-59, ISSN: 1220-5648

21. Naumov V.A. Eksperimental'nyye issledovaniya po osazhdeniyu zolota na uglerodnyye niti [Experimental studies on the deposition of gold on carbon threads] [Text] / V.A. Naumov B.M. Osovetsky, M.A. Volkova // Problemy mineralogii, petrografii i metallogenii. Nauchnyye chteniya pamyati P.N. Chirvinskogo [Problems of mineralogy, petrography and metallogeny. Scientific readings in memory of P.N. Chirvinsky]. - 2018. - No. 21. - P. 69-74. [in Russian]

22. Volkova M.A. Eksperimental'noye modelirovaniye protsessov obrazovaniya «novogo» nanozolota [Experimental modeling of a “new” nanogold formation processes] [Text] / M.A. Volkova, B.M. Osovetsky // Geologiya i poleznyye iskopayemyye Zapadnogo Urala. Perm' [Geology and minerals of the Western Urals]. Perm: Perm. Univ. - 2016. - P. 50-54. [in Russian]

23. Naumov V.A. Mekhanizmy nakopleniya zolota na uglyakh [Mechanisms of gold accumulation on coal] [Text] / V.A. Naumov, B.M. Osovetsky // Tsvetnyye metally i mineraly: sb. dok. 9-go mezhd. kongressa [Non-ferrous metals and minerals: collection. doc 9th int. Congress]. - 2017. - P. 952. [in Russian]

24. Naumov V.A. O mekhanizme sorbtsii nanochastits zolota uglistym materialom [About mechanism of sorption of gold nanoparticles by carbonaceous material] [Text] / V.A. Naumov, B.M. Osovetsky // Geol. i polezn. isk. Zap. Ur. Perm' [Geol. and useful. lawsuit. West Ur Perm] - 2013. - P. 43-48. [in Russian]

Размещено на Allbest.ru