Введение 3
Глава 1. Геологическое строение месторождения 6
Глава 2. Минералого-петрографическая характеристика изученных образцов 10
Глава 3. Минеральный состав гидротермальных жил 13
Никелин 15
Группа леллингита 20
Раммельсбергит 20
Леллингит 28
Саффлорит 35
Группа скуттерудита 39
Самородные элементы 45
Второстепенные и редкие сульфиды 48
Лайтакарит 55
Уранинит 59
Второстепенные и редкие нерудные минералы 63
Глава 4. Последовательность минералообразования 71
Глава 5. Растворимость арсенидов в приповерхностных условиях: экологический аспект 73
Заключение 88
Литература 89
Данная работа посвящена изучению минерального состава гидротермальных жил месторождения Шлема-Альбероде, находящегося на территории Германии в Саксонии в пределах Рудных гор. Месторождение относится к пятиэлементной формации и является самым крупным гидротермальным урановым месторождением.
Отдельные рудопроявления с комплексными серебросодержащими рудами известны на рассматриваемой территории с XVII века, но наиболее интенсивно изучение и разведка этого месторождения началось после Великой Отечественной войны Советско - Германским Акционерным обществом «Висмут». Целью этих работ был уран, добыча которого началась в конце 40-х годов прошлого века. В 1992 г. общество «Висмут» было ликвидировано, добыча урановой руды прекратилась, и начались работы по дезактивации горнодобывающих рудников, по рекультивации территорий, анализу вещественного состава отвалов и т.п. Штольни и шахты были забетонированы, но отвалы так и остались разбросанными на территории в несколько десятков км2. В связи с этим, весьма актуальной стало изучение вещественного состава фрагментов гидротермальных жил, которые слагают основную массу рудных отвалов. Таким образом, результаты настоящей работы имеют не только научный, а в первую очередь экологический интерес, что связано с очень широким распространением минералов мышьяка и селена, вредных для здоровья людей. Поэтому важно определить форму нахождения токсичных элементов (в первую очередь, мышьяка и селена) в первичных рудах, с тем, чтобы разработать эффективные модели, позволяющие оценить условия разрушения, миграции и осаждения соединений мышьяка и селена в окружающей среде.
Отсюда вытекает главная цель работы: изучение минерального состава руд в отвалах горнодобывающих предприятий месторождения Шлема-Альбероде.
Следует особо отметить, что в открытой печати практически отсутствуют данные по геологии и, особенно, по минералогии этого месторождения. И только в последние годы информация стала относительно доступной, начали появляться работы немецких и российских ученых.
В настоящей работе представлены результаты минералогического исследования рудных минералов - сульфидов и арсенидов месторождения Шлема-Альбероде из коллекции Томаса Шлотауэра (Фрайбергская Горная академия, Саксония, Германия). Кроме того, мы попытались выяснить, насколько интенсивно и при каких условиях мышьяк может переходить в гидросеть.
Основной целью работы явилось изучение рудных минералов месторождения.
Нами были поставлены следующие задачи:
• определение минерального состава руд;
• выявление геохимических особенностей рудной минерализации, закономерностей изменения морфологии, состава и взаимоотношений рудных минералов;
• выделение парагенетических ассоциаций минералов, позволяющих судить о последовательности выделения минералов в гидротермальных жилах;
• Оценка растворимости арсенидов, определение условий, способствующих наиболее интенсивному выщелачиванию руд.
Методы решения поставленных задач включали в себя:
• визуальное изучение макроскопических образцов
• рудная микроскопия - наблюдение минералов в отраженном свете
• рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ (РСМА) и наблюдение минералов в электронном микроскопе
• рентгенофазовый порошковый анализ (РФА)
• рентгенофазовый анализ «в точке»
• атомно-эмиссионная спектороскопия (ИСП-АЭС)
Во время проведения работы было изучено 20 образцов. Для изучения взаимоотношений минералов и определения их химического состава было изготовлено 5 шайб, 17 аншлифов, а также использовано 5 плоскополированных шлифов, предоставленных Томасом Шлотауэром.
Рентгенофазовый анализ (16 рентгенограмм) был проведен в ресурсном центре «Рентгенодифракционные методы исследования» на дифрактометре Rigaku «MiniFlex II». Основные технические характеристики дифрактометра: анод - Си или Co; номинальный режим работы источника рентгеновского излучения: 30 кВ/ 15 мА; Kb-фильтр. Съемка производилась со скоростью 4 градуса в минуту. Рентгенофазовый анализ «в точке» проводился на дифрактометре Rigaku «Ultima IV». Программное обеспечение, использовавшееся в обработке результатов: пакет программ PDXL и база данных PDF-2.
Рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ (900 определений) проводился в двух ресурсных центрах СПбГУ: 1) в «Центре микроскопии и микроанализа» с помощью настольного растрового электронного микроскопа- микроанализатора TM3000 (HITACHI, Япония); и 2) в РЦ «Геомодель» с использованием сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-3400N с аналитическими приставками. Были проведены как энергодисперсионный анализ, так и волновой с использованием стандартов висмута, селена, серы, мышьяка, никеля, кобальта.
Атомно-эмиссионная спектроскопия проводилась в РЦ «Ресурсный образовательный центр по направлению химия» на аппаратуре Shimadzu ISPE-9000 (Япония).
Изучение образцов в отраженном свете проводилось с помощью микроскопа Leica DM2500P.
Построение диаграмм было выполнено в программах GMB 7.0, Triplot и Origin. Обработка рисунков и оцифровка карт производились в программе Corel DRAW.
В заключение, хочу выразить благодарность своим научным руководителям Е.Н. Перовой и В.Г. Кривовичеву, а также поблагодарить М.В. Чарыкову, Томаса Шлотауэра, С.Ю. Янсон, А.А. Антонова, С.Н. Бритвина, Н.В. Платонову, А.П. Бороздина, М.В. Никитину, а также аналитиков ресурсного центра «Геомодель» за помощь в проведении работы.
Работа выполнена в ресурсных центрах СПбГУ: РЦ «Центр микроскопии и микроанализа», РЦ «Геомодель», РЦ «Рентгенодифракционные методы исследования», РЦ «Ресурсный образовательный центр по направлению химия» при финансовой поддержке грантов СПбГУ (проект 3.38.286.2015, проект 3.42.981.2016).
В целом минералогия месторождения Шлема-Альбероде очень сложна и богата. Сложность рудообразования заключается в том, что оно происходило не в один этап, трещины в гранитах приоткрывались несколько раз.
Нам удалось определить 30 минеральных видов и изучить их геохимические особенности, установить некоторые парагенетические ассоциации и различные генерации минералов, а также изучить особенности изоморфизма рядов лёллингит- саффлорит-раммельсбергит и скуттерудит-никельскуттерудит.
В работе удалось более подробно описать порядок минералообразования одной из стадий, описанной Томасом Шлотхауэром и отнесённой им к пятиэлементной формации (Ag-Bi-Co-Ni-As). На основании полученных нами данных в пределах этой стадии выделено пять подстадий: карбонатно-уранинитовая, кварц-сульфидная, висмутовая, вторая карбонатно-уранинитовая и карбонатная.
Кроме того, проведен опыт по растворению арсенидов в разных условиях, оценены степени их растворения. Также мы выяснили, арсениды каких металлов вносят больший вклад в загрязнение вод. Эти утверждения также подтверждены диаграммой pH-Eh для системы As-H2O-Co-Ni-Fe.
