УДК 550.8.4

Н. П. СЕНЧИНА, студент, archie3@mail.ru

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

N. P. SENCHINA, student, archie3@mail.ru

National mineral resources university

ЕСТЕСТВЕННОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ КАК МЕХАНИЗМ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ РУДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ

(НА ПРИМЕРЕ БУРУКТАЛЬСКОГО НИКЕЛЕВОГО МЕСТОРЖДЕНИЯ)

Описаны предполагаемые характеристики естественного электрического поля в условиях латеритной коры выветривания ультраосновных пород при наличии протяжённых по глубине магнетитсодержащих тел. Опытным путем получены зависимости растворения проб рудных тел под действием электрического тока.

Ключевые слова: кора выветривания, естественное электрическое поле, дифференциация вещества, движение ионов, окислительно-восстановительный барьер.

NATURAL ELECTRIC FIELD AS MECHANISM OF DIFFERENTIATION OF ORE ELEMENTS OF THE WEATHERING CRUST

(ON THE BURUKTALSKY'S NICKEL DEPOSIT EXAMPLE)

Expected characteristics of natural electric field in the conditions of a aeration lateritic weathering crust of the ultra basic rocks in the presence of extended on depth of magnetite bearing ore bodies are described. Dependences of some metals dissolution from the ore samples under the influence of an electric current are by practical consideration received.

Keywords: weathering crust, natural electric field, substance differentiation, movement of ions, oxidation-reduction barrier.

Дифференциация рудных элементов, выщелачивание и вымывание из одних зон коры и осаждение в других неразрывно связаны с электрическими полями, которые оказывают непосредственное влияние на движение металлов в виде ионов или в составе комплексных соединений. В отдельных случаях эти процессы приводят к формированию значительных залежей, по экономическим показателям пригодных к разработке.

В разной степени процессы, связанные с естественными или техногенными электрическими полями присутствуют на всей планете, как в коре, так и на глубинах, где сам вид существования вещества является пока загадкой. Наиболее сильно явления дифференциации, обусловленные наличием ЕП (естественных электрических полей), пространственно связаны с объектами, являющимися источниками ЕП. Примером таких объектов являются протяженные на глубину (примерно, более 70 м) залежи магнетита, пересекающие окисленную атмосферным кислородом область земной поверхности. Граница между хорошо проводящим магнетитовым телом и вмещающей горной породой образует источник электрического поля, сила которого связана с величиной перепада концентрации кислорода вглубь разреза, с проводимостью пород, и т. д. Форма источника соответствует форме тела магнетита в области перепада окислительно-восстановительного потенциала, но глобально ее почти всегда можно представить в виде вертикального или наклонного диполя, отрицательный полюс которого обращен к поверхности.

Диполь образует вокруг себя потенциальное электрическое поле, которое вызывает движение заряженных частиц во флюиде в области, где поле достаточно сильно, чтобы превозмочь силы гравитации и сцепления со скелетом породы. При этом процесс движения является однонаправленным, и при длительном квазистационарном влиянии ЕП заряды одного знака подходят к границе рудного тела магнетита со средой в катодной или анодной области и осаждаются там, окислившись или восстановившись. Если окружающая среда содержит некоторую концентрацию способных передвигаться катионов (большинство металлов в растворе), то катионы металлов накапливаются вблизи верхней части тела магнетита и образуют, при выдержанных условиях на глубинность и длительность, залежь, повторяющую в плане проекцию магнетитсодержащего тела, при этом наименьшие концентрации таких элементов будут наблюдаться вблизи нижней части рудного тела.

Однако, здесь описана «идеальная» ситуация. В реальности этот процесс всегда осложнен наличием других барьеров для ионов, перемещением их в составе комплексных соединений, ведущих себя и как катион, и как анион.

В качестве примера рассмотрим участок Буруктальского никелевого месторождения латеритной коры выветривания (Оренбургская область, Южный Урал). Важной для нас особенностью участка является наличие магнетитсодержащих карманов большой протяженности по глубине [2], что создает предпосылки для формирования мощного ЕП.

Попытаемся определить теоретически количественные и качественные характеристики ЕП рудных тел магнетита.

Ранее была теоретически изучена и описана аналитическим выражением закономерность распределения концентрации атмосферного кислорода вглубь разреза. У поверхности она равновесна с атмосферной, а с глубиной уменьшается до нуля.

Анализ имеющихся исследований позволяет получить приближенную эмпирическую зависимость скачка потенциала на границе рудного тела от концентрации растворенного кислорода. Эта зависимость - линейная, и определяется формулой

(1)

Здесь - концентрация растворенного кислорода, (мг/л),

- скачок потенциала на границе рудного тела, мВ,

- коэффициенты:

Для подтверждения возможности перехода под действием электрического поля металлов из образцов руд в раствор в ионной форме был выполнен следующий эксперимент. Использована емкость с 6 полупроницаемыми пергаментными мембранами вытянутой формы длиной 90 сантиметров (в данном случае сконструирована из 7 пластиковых прозрачных бутылок) с подкисленной дистиллированной водой (по предположению, слабая кислотность соответствует геологическим условиям в верхней части коры выветривания).

Рис. 2. Схема экспериментальной установки.

С – углепластиковый электрод,

Тi – титановый электрод,

– направление тока.

Источник питания – выпрямитель HY3005LY, стабилизированный ток силой 0,1 А.

В средней ячейке погружено в раствор 200 грамм дробленой (менее 1 мм) руды месторождения силикатного никеля (Fe - 25,20 %; MgO – 12,30 %; Al₂O₄ – 7,60 %; CrO₃ – 1,10 %; Ni - 0,94 %; CaO – 0,60 %; Co - 0,10 %).

Условия эксперимента отличаются от природных мелким дроблением руды, высокой плотностью тока. Это не характерно для естественных условий, но позволяет сократить время лабораторного эксперимента. Эксперимент длился более 2 недель. Для анализа отбирались пробы из ближайших к электродам ячеек, элементный состав определялся в ООО «Геоэкохим» (высокочувствительный ICP-анализ).

Рис. 3. Динамика интегральной (накопленной) концентрации рудных элементов в зависимости от времени и знака потенциала электрода, к которому идет движение ионов.

Как видно из представленной на рисунке 3 зависимости, металлы, перешедшие в раствор из изучаемой пробы передвигаются как в качестве положительных ионов, так и в составе отрицательно заряженных комплексных соединений (примерно в равном соотношении).

Заключение:

Известно, что при гипергенном разложении первичных ультрамафитов и формировании при этом охр в одном случае металлы выносятся из последних, обедняя их, а в других – наоборот, концентрируется или выносится в малой степени. Причинами различного поведения элементов в этом процессе является влияние электрических полей, различия в содержаниях других элементов, температуре, кислотности. Наличие сильных естественных электрических полей формирует предпосылки для накопления металлов вблизи приповерхностной зоны рудных электронопроводящих тел и является таким образом фактором дифференциации рудных элементов. Например, доля переносимого в электрическом токе кобальта на порядок больше, чем доля переносимого хрома.

Литература:

1. Комаров В. А. Геоэлектрохимия. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 1994. – 136 с.

2. Никеленосные оксиды железа Буруктальского месторождения, Южный Урал/ С.О.Рыжкова, И.В. Таловина, В.Г. Лазаренков, В.Л. Уголков, Н.И. Воронцова// СПГГИ(ТУ) . Записки горного института. Т. 183, 2009, с 101 – 111.

3. Путиков О. Ф. Основы теории нелинейных геоэлектрохимических методов поисков и разведки. – СПб.: СПГГИ(ТУ), 2009. – 534 с.

4. Свешников Г.Б. Электрохимические процессы на сульфидных месторождениях. Л.: Недра, 1967. – 158 с.

5. Электроразведка: Справочник геофизика. – М.: Недра. 1979. – 518 с.

References:

1. Komarov V.A. Geoelectrochemistry. – St.Petersburg: St.Petersburg State University Publishing House, 1994. – 136 p.

2. Nikel-containing Iron oxides of the Buruktal deposit, South Urals / S.O.Ryzhkova, I.V.Talovina, V. G. Lazarenkov, V.L.Ugolkov, N.I.Vorontsova//: St.Petersburg State Mining Institute (Technical University). Notes of the Mining Institute. Vol. 183, 2009, p.p. 101-111.

3. Putikov O. F. Basis theory of the nonlinear geoelectrochemical methods of prospecting and exploration. – St.Petersburg: St.Petersburg State Mining Institute (Technical University), 2009. – 534 p.

4. Sveshnikov G. B. Electrochemical processes at the sulphide deposits. Leningrad.: Nedra, 1967. – 158 p.

5. The electric exploration: Handbook of geophysist. – Moscow: Nedra. 1979. – 518 p.