Редкометалльный потенциал солей урочища Талое озеро

УДК 550.42
Н.А. Макаренко, А.Л. Архипов
РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ СОЛЕЙ УРОЧИЩА ТАЛОЕ ОЗЕРО
(РЕСПУБЛИКА ХАКАСИЯ)
Изучено распределение ряда редких элементов в почвогрунтах и рассолах урочища Талое Озеро (Республика Хакасия). Выделены микроэлементы, имеющие высокие концентрации и потенциально пригодные для промышленного извлечения. Установлена корреляционная связь высоких концентраций с общей минерализацией.
Промышленная концентрация многих микроэлементов в солончаках и рапе озёр позволяет рассматривать их как дополнительный (а для некоторых элементов и основной) источник минерального сырья. За рубежом во многих странах уже ведётся добыча ряда
редких элементов из эвапоритов, в Российской Федерации рудопроявления такого типа изучены слабо. Мировая экономическая ситуация такова, что потребление
микроэлементов промышленностью с каждым годом
возрастает, а добыча – нет, т.е. спрос превышает предложение, и в некоторых случаях во много раз.
В течение 4 полевых сезонов (1997–2000 гг.) сотрудниками Томского государственного и Томского
политехнического университетов проводились экспедиционные полевые работы на территории Республики
Хакасия с целью создания экологического атласа Республики Хакасия (региональное опробование) и изучения распределения микроэлементов в рапе минеральных озёр и солончаках (детальное опробование). Объектами исследования являлись почвогрунты с признаками засоления, воды и донные отложения озёр, подземные солоноватые воды. Общее количество отобранных и проанализированных различными методами
(приближённо-количественный, инструментальный нейтронно-активационный, гидрохимический анализы и анализы почвенных вытяжек) проб составило более 2 000.
В результате обработки полученных данных были выявлены закономерности распределения многих элементов в
различных природных средах (почвы, воды, соли). При
детальном рассмотрении отдельные локальные участки
выделяются по некоторым показателям из общего числа.
Наиболее ярким примером является урочище Талое Озеро
Койбальской степи. Здесь многие элементы имеют аномально высокие концентрации как в почвогрунтах
(табл. 1, 2), так и в воде (табл. 3, 4).
Ближайшие населённые пункты к урочищу Талое
Озеро – города Абакан и Черногорск (рис. 1), но ближе
всего расположен Черногорский угольный разрез.
Рельеф местности представлен куэстово-холмистыми
грядами. В геологическом отношении котловина озера
(3х5 км) приурочена к отложениям самохвальской свиты нижнего карбона, представленной песчаниками,
туфами и туффитами. Почвенный профиль урочища
представлен солончаками с характерной растительностью. Здесь же имеется озеро, которое в летний период
высыхает, т.к. питается исключительно талыми водами.
Таблица 1
Средние концентрации элементов в почвогрунтах (солончаках) урочища Талого Озера
Элемент
мг/кг
Элемент
мг/кг
Элемент
мг/кг
Элемент
мг/кг
P
733
Ni
70,0
Yb
3,67
Sc
14,7
Ti
4667
Co
11,3
Ga
15
Sn
4,5
Mn
517
Zr
200
Cu
83,3
Ag
0,03
Ba
917
Nb
11,2
Pb
12,8
Mo
3,17
Sr
1317
Li
65,0
Zn
60,0
V
97
Y
35,0
Be
2,83
Таблица 2
Распределение элементов в почвогрунтах (солончаках) урочища Талое Озеро
Элемент
172
Количество
проб
Содержание, г/т
Кларк
минимальное
максимальное
среднее
в почвах мира [2]
концентрации
Sr
6
300
3000
1317
300
4,39
V
6
60
200
97
100
0,97
0,67
Zr
6
150
300
200
300
Nb
6
6
20
11,2
13
0,86
Li
6
40
150
65,0
30
2,17
Y
6
30
40
35,0
50
0,70
Yb
6
3
13
3,67
1,90
1,93
Ga
6
10
20
15,00
30
0,50
Be
6
2
13
2,83
6
0,47
Sc
6
8
20
14,7
7
2,10
Таблица 3
Содержание элементов в водах ур. Талое Озеро и оз. Усколь (по данным В.П. Парначева и Д. Бэнкса [3])
Компонент
t°C
pH
Eh
Минерал.
HCO3–
SO42–
Cl–
Br
F
NO3
Ca
Mg
Единицы
измерения
град.
–
Mv
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
ур. Талое
Озеро
10,6
7,41
+100
100 293
360
8 372
56 325
200
300
<50
963
1 990
оз. Усколь
Компонент
15,8
9,93
+50
2 6756
4 886
10 765
3 471
15,72
18,7
<2,0
4,48
15,7
Na
K
Si
Li
V
Mn
Zn
Sr
Mo
Ba
B
Ce
Единицы
измерения
мг/л
мг/л
мг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
ур. Талое
Озеро
31 700
83,2
1,63
5 380
40,0
519
9,23
21 400
337
19,1
1 580
391
оз. Усколь
7 560
20,2
0,58
140
26,5
<1,0
2,23
497
26,8
26,6
4 490
<50
Таблица 4
Содержание редких металлов в рассолах из ур. Талое озеро
Элемент
Ед. измерения
Содержание в воде
из ур. Талое Озеро
[3]
Морская вода
[4]
Кларк концентрации
по отношению
к морской воде
Sr
Li
Ce
V
мг/л
мкг/л
мкг/л
мкг/л
21,4
5 380
391
40
8
180
0,001
2,5
2,675
29,9
39 1000
16
Подземные воды
провинций континентального
засоления [5]
0,56
39,7
–
2,65
Кларк концентрации
по отношению
к подземным водам
38,2
135,5
–
15,1
Рис. 1. Схема расположения ур. Талое Озеро
Рядом с урочищем расположена котловина горькосолёного оз. Усколь. Помимо самого озера, в котловине
есть пересохшие участки небольших озёр и родник с
минерализованной водой. Из этих природных объектов
также были отобраны пробы. Для сравнения были взяты результаты региональных исследований по Уйбатской степи.
Пробы почвогрунтов анализировались методом
эмиссионного приближённо-количественного анализа в
аккредитованной лаборатории ФГУП «Берёзовгеология» (г. Новосибирск). Количественный химический
анализ вод выполнен в аккредитованной проблемной
научно-исследовательской гидрогеохимической лаборатории Томского политехнического университета под
руководством Ю.Г. Копыловой. Сухие остатки вод
анализировались на ряд элементов методом нейтронной активации в лаборатории ядерно-геохимических
исследований ТПУ. Образцы вод из подземных источников, а также минеральных озёр, отобранных
Д. Бэнксом (Англия) и В.П. Парначевым (Томский государственный университет), анализировались в арбитражной лаборатории г. Тронхейма (Норвегия) методом ионной хроматографии и атомно-эмиссионного
анализа с плазменным возбуждением (JCP-AES). Часть
элементов проанализирована методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (JCP-MS).
Для определения химического состава водорастворимых солей в почвах готовилась водная вытяжка. Анализ
проводился по апробированному комплексометрическому методу К.К. Гедройца в лаборатории кафедры
почвоведения Томского государственного университета.
Полученные результаты анализов обрабатывались в
пакете прикладных программ MS Excel (для описательной статистики), картографические построения
выполнялись средствами GS Surfer, Corel Drаw.
Из тех 35 элементов, которые на данный момент
относятся к редким металлам [1], проанализирована
почти половина, но содержание некоторых (Cd, Ge, Ta,
173
Bi, Ce, La) оказалось ниже порога чувствительности
аналитической аппаратуры. Из оставшихся 10 элементов устойчивое превышение над кларковыми значениями имеют такие редкие металлы, как Sr, Sc, Li и Yb.
Кларк концентрации у них достигает 4 единиц (стронций), а максимальные содержания могут превышать
кларковые значения в 7–10 раз (стронций и иттербий)
(см. табл. 2). Также можно выделить группу элементов,
у которых кларк концентрации значительно ниже единицы, но максимальные значения превышают этот предел – ниобий (в 1,5 раза выше кларка), бериллий (в
2,2 раза). Остальные элементы (Zr, Y, Ga) имеют содержания ниже кларка. Данные по геохимическому
опробованию солончаков уверенно коррелируются с
данными В.П. Парначева и Д. Бэнкса (см. табл. 3) по
опробованию высокоминерализованной (100 г/л) воды,
отобранной на дне высохшего озера в северовосточной части урочища [3]. Как и для солончаков,
многие элементы (редкие металлы) не превышают порог чувствительности аппаратуры, а те, которые превышают, имеют значения, значительно превосходящие
кларковые, за которые приняты содержания в морской
воде и в подземных водах провинций континентального засоления (см. табл. 4).
Редкие металлы, представленные в табл. 4, имеют
высокий кларк концентрации не только в озёрной воде,
но и в солончаках (табл. 2). Обращает на себя внимание
ураганное по сравнению с морской водой содержание
церия, что не согласуется с низкими концентрациями
этого элемента в солончаках.
Приведённые данные свидетельствуют о высоких содержаниях ряда редких элементов в рассолах урочища
Талое озеро. Особый интерес представляет литий, поскольку значительные объёмы этого металла за рубежом
добываются из межкристаллической рапы высокоминерализованных вод [6]. При этом минимальное промышленное содержание лития в рапе оценивается в 10 мг/л [7].
По результатам корреляционного анализа нами установлено, что содержание лития закономерно возрастает
по мере роста общей минерализации, за исключением тех
водоёмов Южно-Минусинской котловины, где появляется избыточное количество карбонат- и гидрокарбонатионов. Это подтверждает анализ воды оз. Усколь
(табл. 3), которое расположено в 3 километрах севернее
от рассматриваемого урочища. В водах этого озера при
общей минерализации, почти в 4 раза меньшей, чем в
рассолах ур. Талое озеро, содержание HCO3– больше в
13,5 раза, а лития – меньше в 38 раз. Учитывая неуклонное концентрирование лития по мере роста общей минерализации, следует ожидать достижения промышленных
содержаний этого металла уже на уровне минерализации
150–200 г/л (если будет отсутствовать блокирующее
влияние карбонат- и гидрокарбонат-ионов). Такая минерализация может быть достигнута в придонных слоях
рапы, а также в грязевых растворах многих слабоисследованных солёных озёрах Республики Хакасия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мышковец Г.А., Быховский Л.З., Дауев Ю.М. и др. Основные проблемы использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов в России в XXI веке // Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке: Докл. Междунар. симп. М.: ВИМС, 2000. № 6. С. 13–23.
2. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: АН СССР, 1957.
3. Парначев В.П., Вишневецкий И.И., Бэнкс Д и др. Минеральные озёра Республики Хакасия (общая характеристика и состав вод) // Вопросы
географии Сибири. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. С. 118–135.
4. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627 с.
5. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1998. 366 с.
6. Стратиформные редкометалльные месторождения / В.К. Денисенко, В.Л. Лобков, И.Г. Гапошина и др. Л.: Недра, 1986. 231 с.
7. Критерии прогнозов оценки территории на твёрдые полезные ископаемые / Под ред. Д.В. Рудквиста. Л.: Недра, 1986. 751 с.
Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 24 декабря 2007 г.
174