Содержание и характер распределения элементов плеяды индия в рудах и минералах свинцово-цинковых месторождений Большого Кавказа

асс. Кусова Ж.Г., проф. Хетагуров Г.В. Кафедра геологии и поисково-разведочного дела.

Северо-кавказский государственный технологический университет

На основании обобщения большого фактического материала выявлены некоторые закономерности в распределении примесей индия, кадмия, галлия, германия и таллия, объединяемых под названием плеяды индия в минералах, рудах и продуктах обогащения ряда свинцово-цинковых месторождений и проявлений Большого Кавказа.

Главнейшие полиметаллические (свинцово-цинковые) месторождения располагаются на северном и южном склонах Большого Кавказа, где соответственно образуют два полиметаллических пояса, вытянутых в субширотном направлении. Преобладающая часть месторождений северного склона (Садон, Згид, Архон, Холст, Кадат) была сформирована в позднюю стадию киммерийской металлогенической эпохи [1]. Относительно более древними являются колчеданно-полиметаллические месторождения Буронского рудного поля, относимые к верхнему протерозою [2]. Среди свинцово-цинковых проявлений южного склона наибольшей известностью пользуются низкотемпературные верхнеюрские месторождения Квайсинского рудного поля.

Руды свинцово-цинковых месторождений характеризуются относительно близким минеральным составом; некоторые различия в них проявляются в характере жильных образований и количественном содержании редких и рассеянных элементов, представляющих большую экономическую ценность. В частности, в кавказских рудах в существенных количествах отмечается не менее 18-20 примесей, среди которых не последнее место отводится индию, кадмию, галлию, германию и таллию.

Кадмий является наиболее распространенным из указанных элементов; его содержание в рудах и минералах на один порядок выше по сравнению с индием, таллием, германием, галлием. Он не наблюдается в виде собственных минералов. Известны лишь единичные микроскопические находки гринокита в рудах Архонского месторождения. Основным минералом-концентратором кадмия в рудах является сфалерит, содержание которого практически определяет кадмиеносность руд. Наибольшие содержания кадмия отмечены в сфалеритах Эльбрусского, Кадатского, Левобережного и Квайсинского месторождений; устойчивое оно и в сфалеритах Садонского района. В общем содержание кадмия в сфалеритах варьирует в пределах 1000-10000 г/т, наиболее кадмиеносны маложелезистые светлые сфалериты.

Содержание кадмия в галенитах редко превышает 100 г/т и наибольшим оно является для галенитов Кадатского, Левобережного, Эльбрусского месторождений; практически не содержится кадмий в галенитах Квайсинского месторождения.

Содержание кадмия в пиритах редко превышает 10 г/т и характеризуется крайне неравномерным распределением: наиболее устойчивое оно в пиритах руд Садонского района. В то же время количество кадмия в пиритах месторождений сланцевой полосы и Эльбрусского рудного поля значительно ниже кларкового. Наибольшим уровнем концентраций кадмия отличаются дисульфиды железа (пирит, марказит) Квайсинского месторождения.

Характером распределения кадмия в минералах обуславливается его содержание в продуктах обогащения – цинковые концентраты являются основным источником его получения при металлургическом переделе.

Индий концентрируется главным образом в цинковых обманках, в заметно меньших количествах – в других сульфидах (галенитах, пиритах, халькопиритах и др.), количество индия в рудах свинцово-цинковых месторождений не превышает 8-10 г/т. Относительно повышенной индиеносностью отличаются сфалериты разрабатываемых месторождений Садонского района (Садон, Згид, Архон, Холст), в которых содержание индия приближается к 100 г/т. Наибольшая концентрация индия присуща темно-коричневым разностям сфалерита, в которых содержание индия превышает 400 г/т. Сфалериты, обогащенные медью, несмотря на их темную окраску и наличие изоморфного железа, характеризуются относительно меньшей индиеносностью. Вероятно, наличие меди в кристаллической решетке сфалерита затрудняет изоморфное вхождение индия, который благодаря близости ионных радиусов “охотней” занимает места двухвалентного железа [3]. Последнее особенно характерно для сфалеритов руд, залегающих в песчано-сланцевых отложениях юры. Результаты анализов говорят об отсутствии индия в светлоокрашенных сфалеритах некоторых месторождений Дигории (Здиадаг, Ваза-Хох) и Квайсинского рудного поля.

Среднее содержание индия в галенитах, пиритах и халькопиритах по сравнению с железистыми сфалеритами на порядок ниже и не превышает 10 г/т. Характер распределения индия в указанных минералах идентичен сфалериту – им в относительно повышенных количествах обогащены сульфиды свинца, железа, меди садонской группы месторождений; минералы месторождений сланцевой полосы, Западной Дигории и Квайсы практически не содержат индия. Таким образом, главным индийсодержащим минералом в кавказских рудах является темноокрашенный сфалерит, содержание которого и определяет степень обогащенности руд и цинковых концентратов.

Среднее количество таллия в рудах обычно не выходит за пределы 1-10 г/т. При этом наиболее таллиеносны месторождения сланцевой полосы, Квайсинского рудного поля и Дигории – это обуславливается повышенным содержанием таллия в гранитах этих месторождений. В поведении таллия отмечается некоторая двойственность: при максимальных содержаниях элемента в галенитах месторождений сланцевой полосы его количество в сфалеритах тех же руд практически снижается до нуля. Аналогичен сфалериту и характер распределения таллия в пиритах.

Устойчивым и относительно высоким является содержание таллия в галенитах, сфалеритах и дисульфидах Квайсинского месторождения. С. С. Боришанской [4] в сфалеритах Квайсинского месторождения обнаружен редкий минерал таллия – гутчисонит. Наличие его, вероятно, обуславливает, не характерное для других месторождений, обогащение цинковой обманки таллием. Примечательным также является наибольшая обогащенность дисульфидов железа Квайсы таллием, где она достигает 200 г/т. Известно, что при распределении элементов-примесей большое значение приобретает степень кристалличности минералов-носителей, определяемая условиями образования минералов. В частности, колломорфные разности сульфидов, образовавшиеся из коллоидных систем, в десятки и сотни раз богаче таллием по сравнению с кристаллическими [5].

Германий по содержанию в рудах близок к таллию, индию и галлию. В наибольших количествах он отмечается в рудах Квайсинского месторождения (до 20 г/т). Главным минералом-носителем германия в рудах является сфалерит и в особенности светлоокрашенные скорлуповатые его разности (Квайса, Западная Дигория). Заметно меньшее количество германия (на один – два порядка) содержат галенит, дисульфиды железа и халькопирит. Причем характер его распределения в данных сульфидах аналогичен таллию: относительно повышенной германиеносностью отличаются сульфиды поздних стадий минерализации, отложившиеся при более низких температурах.

Галлий является элементом свинцово-цинковых руд, в распределении которого трудно подметить какую-либо определенную закономерность. Вероятно, это объясняется хорошо выраженными литофильными свойствами элемента, что, в свою очередь, обуславливает его повышенную концентрацию в различных алюмосиликатах. Среднее содержание галлия в рудах не превышает 10 г/т и является наибольшей для Холста, Левобережного и Квайсинского месторождений. Изучение мономинеральных фракций показало, что одним из ведущих минералов-концентраторов в рудах является хлорит, в котором содержание галлия в несколько раз выше, нежели в сульфидах, чем и обусловлена относительно повышенная галлиеносность руд указанных месторождений.

Коэффициенты концентраций Cd, In, Ga,Ge,Tl в сфалеритах

Из приведенных данных видно, что основным минералом-носителем характеризуемых элементов в рудах является сфалерит, содержание которого, главным образом, определяет уровень концентрации кадмия, индия, германия, таллия и в меньшей степени - галлия. С целью выяснения степени обогащенности указанными элементами сфалерита были определены их коэффициенты концентрации. Как известно, под коэффициентом концентрации, что в данном случае равносильно коэффициенту кадмиеносности, индиеносности, понимается частное от деления среднего содержания элемента в минерале на минеральный кларк [5]. По В.В. Иванову минеральные кларки элементов в сфалерите выражаются следующими величинами: кадмий – 2680, германий – 41, индий – 40, таллий – 19. Коэффициенты концентраций различных месторождений Кавказа (рисунок) показывают, что концентрация элементов в сфалеритах подвержена большим колебаниям (до двух порядков и более) и является относительно устойчивой для руд месторождений садонской группы (Згид, Садон, Архон, Холст). Это может быть объяснено идентичностью условий рудогенеза – одинаковым составом вмещающих пород (граниты, альбитофиры), близкой температурой и глубиной формирования руд. Здесь элементы плеяды индия по степени концентрации в сфалерите образуют следующий убывающий ряд: индий – кадмий – галлий – германий - таллий. Несколько иным является характер их распределения в сфалеритах других месторождений. В сфалеритах руд из песчано-сланцевых отложений (Левобережное, Кадат) намечается тенденция к снижению содержания таллия, индия и галлия и увеличению кадмия и германия. Примечательным является резкое увеличение коэффициентов концентрации таллия и германия для сфалеритов приповерхностных низкотемпературных месторождений Квайсинского рудного поля, а также обогащение цинковых обманок из аналогичных рудопроявлений Западной Дигории (Ваза-Хох, Тоторс) таллием и германием.

Отсутствие ряда анализов не позволяет с уверенностью говорить о степени концентрации сфалеритов руд Эльбрусского района. Однако можно отметить некоторую обогащенность кадмием и галлием сфалеритов по сравнению с Садонским районом.

Выводы.

Основным минералом-носителем элементов плеяды индия в рудах является сфалерит, содержанием которого практически определяется их уровень концентрации.

В распределении элементов плеяды индия в свинцово-цинковых рудах Большого Кавказа намечается определенная геохимическая горизонтальная зональность. В центральной части (Саданский рудный район) рудного пояса северного склона отмечается повышенная концентрация руд индием, в северо-западном и юго-восточном направлениях в рудах существенно возрастает значение германия и таллия.

Руды полиметаллического пояса южного склона Большого Кавказа обогащены германием и таллием.

На распределение элементов существенно сказывается состав вмещающих пород. Особенно четко это проявляется в снижении уровня концентрации индия, галлия и германия в сфалеритах, таллия и кадмия - в пиритах.

Список литературы

1. Азизбеков Ш. А., Магакян И. Г., Тварчелидзе Г. А., Харчук Л. П. Закономерности размещения полезных ископаемых, т IV. М.: Наука, 1958.

2. Хетагуров Г. В. ДАН СССР, т. 212. № 1. 1973.

3. Хетагуров Г. В., Епхиев А. И. В сб., посвященном 125-летию садонских рудников. Орджоникидзе, 1968.

4. Боришанская С. С., Воскресенская Н. Т., Карпова И. С. Научные доклады высшей школы. Геолого-географические науки. 1958. №4.

5. Иванов В. В. Геохимия рассеянных элементов в гидротермальных месторождениях. М.: Недра, 1966.