Ученые нашли высокие концентрации золота и серебра в районе Урского хвостохранилища

Новосибирские ученые исследовали миграцию золота и серебра в водной среде природно-техногенной системы Урского хвостохранилища

Фото с сайта nsu.ru

Выпускница НГУ, сотрудница Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН Ирина Мягкая исследовала миграцию золота и серебра в водной среде природно-техногенной системы Урского хвостохранилища в Кемеровской области.

Результаты исследования показали, что содержания благородных металлов в отходах отработки Урского месторождения низкие, а в природном торфянике, который расположен ниже по склону под отвалами, золото и серебро накапливается в рудных концентрациях.

На первом этапе работы выпускницей НГУ, сотрудницей лаборатории геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН, кандидатом геолого-минералогических наук Ириной Мягкой (совместно с кандидатами Еленой Лазаревой и Марией Густайтис) исследованы особенности миграции элементов в кислом дренажном ручье, образующемся при окислении отходов Урского хвостохранилища и впадающем в реку Ур, который «выносит» золото и серебро из «хвостов». Научным руководителем выступил заведующий лабораторией геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН, главный научный сотрудник лаборатории корреляции геологических процессов НГУ доктор геолого-минералогических наук Сергей Жмодик.

Хвостохранилище - гидрохимическое сооружение, предназначенное для хранения отходов обогащения полезных ископаемых. Современные технологии не позволяют извлечь золото из руды полностью, и некоторое количество металла остаётся в отходах.

Как рассказывает Ирина Мягкая, в 30–50 годах двадцатого века в СССР рудо-перерабатывающие заводы были градообразующими, посёлок вырастал вокруг завода, отходы складировались непосредственно среди жилых кварталов. В самом начале разработок месторождения даже не создавали хвостохранилища, а «хвосты» сливались прямо в реки.

Печально известный пример - Карабашский медеплавильный завод в Челябинской области, отходы которого до сих пор покрывают долину реки Сак-Елга.

Изображения с сайта nsu.ru

Очень опасны для окружающей среды отходы с высоким содержанием сульфидов, в частности, пирита, подчеркивает Ирина Мягкая. Так как минералы этого класса на открытом воздухе легко окисляются и образуют кислые дренажные растворы (acid main derange, AMD). Кислые шахтные воды не только уничтожают растительность вокруг отходов, но и содержат высокие концентрации токсичных элементов (мышьяк, свинец, медь, цинк, ртуть и другие) и загрязняют территории в окрестностях выработок, реки, заболоченные низины и т. д.

Геологи из Института геологии и минералогии СО РАН и НГУ первоначально исследовали экологическое состояние территорий, примыкающих к Урскому хвостохранилищу, после чего предположили, что отходы обогащения полезных ископаемых могут содержать недоизвлеченные после процессов обогащения элементы - золото и серебро.

Мы одними из первых в мире изучили миграцию золота и серебра во всех компонентах природно-техногенной системы: в отходах обогащения, поверхностных водах (техногенные и природные – водоемы выше и ниже впадения дренажных ручьев), в их взвешенном веществе и в донных осадках, а также в поровых водах, отжатых из отходов и торфа,  поясняет Ирина Мягкая.

Хвостохранилище состоит из двух самостоятельных отвалов: отходов обогащения первичных руд и отходов руд зоны окисления, которые содержат остаточное золото и серебро (около 0,6 г/т Au и 22 г/т Ag). Золото представлено двумя формами: самородной и так называемым «невидимым золотом» (invisible gold) — золотом, входящим в структуру некоторых сульфидов. Серебро присутствует в качестве примеси в халькопирите, теллуриде и селениде, а также формирует собственные минералы (жеффруаит и науманнит).

В отходах руд зоны окисления содержание золота и серебра ниже: 0,47 г/т Au и 14 г/т Ag. Ученые не обнаружили самородных частиц золота в этом виде отходов и предположили, что здесь золото может быть сорбировано на поверхности слоистых силикатов (каолинит, монтмориллонит и т.д.), гидрослюдах, соединений трехвалентного железа и т.д. Серебро связано главным образом с сульфатами — минералами группы алунита-ярозита.

Следующим компонентами исследования стали воды - техногенные и природные.

Воды природного ручья, впадающего в реку Ур (приток реки Иня), при прохождении через Урское хвостохранилище становятся кислыми (pH = 1,9), в них повышается содержание сульфат-анионов железа, алюминия, меди, цинка, свинца, мышьяка, селена, теллура, ртути, кадмия и других элементов.

Благородные металлы, выщелачиваясь из вещества отходов, попадают в водную среду - воды дренажного ручья. Ученые установили две формы их переноса: растворенная вместе с коллоидами и взвешенная.

Концентрация золота и серебра в растворенной форме с коллоидами имеет обратную зависимость от уровня кислотности: чем выше значения pH, тем ниже концентрация.

В дренажном ручье содержание растворенной формы с коллоидами для золота составляет 0,2–1,2 мкг/л, для серебра — 0,1–0,3 мкг/л. В техногенном ручье с удалением от отвалов происходит смена растворенной формы с коллоидами на взвешенную (до 0,03 мкг/л золота) и депонирование металла в осадок. В реке Ур после смешения с кислым дренажным ручьем начинает резко преобладать золото во взвешенной форме, но по мере удаления от слияния содержание снижается за счёт депонирования в донный осадок. Серебро в отличие от золота на всех участках опробования (природные воды, кислый дренажный раствор) доминирует во взвешенной форме (до 1 мкг/л).

Изображения с сайта nsu.ru

Параллельно с исследованием форм миграции благородных металлов в водной системе, геологами оценивались содержания золота и серебра в донных осадках этих водоемов.

Дно дренажного ручья сложено отходами, которые в среднем содержат 0,5 г/т золота и 13 г/т серебра. Эти значения выше установленных в донных осадках водоемов (0,14 г/т золота и 0,5 г/т серебра). В донном осадке, формирующемся при отстаивании дренажных вод на дне техногенного пруда, содержания благородных металлов также резко увеличиваются по сравнению со значениями в реке Ур, выше впадения дренажного ручья. По мере удаления от места слияния они снижаются, но превосходят содержания, установленные выше места впадения дренажного ручья.

В качестве завершения данной работы авторы статьи провели опробование поровых вод доминирующего вещества потока рассеяния хвостохранилища (торфяное вещество и снесенные отходы).

Содержание золота (1,8-2,1 мкг/л) и серебра (4,5-5,7 мкг/л) в поровых растворах, отжатых из торфяного вещества потока рассеяния, выше, чем в водах из снесенных отходов (Au - 0,1–0,2 мкг/л, Ag - 0,1-4,2 мкг/л) и дренажном ручье, что свидетельствует об их переосаждении на органическом веществе.

Геологи обращают внимание на то, что работа по изучению благородных металлов на Урском хвостохранилище носит комплексный характер. 

В скором времени будет опубликована вторая часть исследования, в которой изложены результаты анализа содержания золота и серебра в торфе, на который на протяжении более 80 лет воздействуют отходы обогащения и дренажные растворы:

В торфяном веществе заболоченного лога, расположенного ниже по направлению сноса с отвалов, происходит активное концентрирование золота, которое сопровождается формированием «нового» субмикронного самородного золота. Концентрация золота здесь достигает до 155 г/т, при этом требуемая концентрация для разработки природного месторождения составляет 2 г/т, - отмечает Ирина Мягкая.

С одной стороны данный объект исследования можно назвать техногенным месторождением, но о добыче благородных металлов здесь, по словам Сергея Жмодика, пока говорить рано - золото находится в торфяном веществе в виде наночастиц, и необходимо разрабатывать новые технологии для его извлечения:

- Обычно отходы производства рассматривают как загрязнитель окружающей среды, и большинство научных работ посвящается этой проблематике. Конечно, отходы являются мощнейшим фактором загрязнения территории вокруг старых и действующих рудников, но мы предположили, что и из них можно извлекать пользу. В исследуемой системе все компоненты расположены так, что получился естественный эксперимент, который человек поставил вместе с природой. Мы выяснили, что благородные металлы могут вести себя неожиданно, накапливаясь в торфе, тем самым формируя месторождение.

Первые крупные исследования отходов как источников загрязнения были начаты канадскими исследователями. Изучение процессов, происходящих в отходах обогатительных производств, сибирскими учеными впервые было организовано в 90-х годах XX века доктором геолого-минералогических наук Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Светланой Бортниковой.

Сергей Жмодик подчеркивает, что 10-20 лет назад проводились попытки разработать методы поиска месторождений золота по гидрогеохимическим ореолам, по концентрации золота в воде.

Было выявлено, что над рудными телами концентрация металла повышена, но вопросы о форме и уровне содержания оставались открытыми, поэтому работа Ирины Мягкой является передовой для исследуемой области.

Первая часть исследования выпускницы НГУ, научной сотрудницы лаборатории геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН к. г.-м. н. Ирины Мягкой Gold and silver in a system of sulfide tailings. Part 1: Migration in water flow вышла в издании Journal of Geochemical Exploration в январе 2016 года.

Соавторы статьи: старшие научные сотрудники лаборатории геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН к. г.-м. н. Елена Лазарева, к. г.-м. н. Мария Густайтис, главный научный сотрудник лаборатории корреляции геологических процессов НГУ, заведующий лабораторией геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН д. г.-м. н. Сергей Жмодик.