Портал | Содержание | О нас | Авторам | Новости | Первая десятка | Дискуссионный клуб | Чат Научный форум --> Первая десятка "Русского переплета" Темы дня:

Президенту Путину о создании Института Истории Русского Народа. |Нас посетило 40 млн. человек | Чем занимались русские 4000 лет назад?

| Кому давать гранты или сколько в России молодых ученых?

Рассмотрены формы нахождения золота в коренных рудных месторождениях и его механические и химические преобразования при миграции в россыпи. Обсуждаются критерии поисков и оценки коренных золоторудных месторождений по особенностям золотин в россыпях.

В. И. СОТНИКОВ

Новосибирский государственный университет

ВВЕДЕНИЕ

С доисторических времен до наших дней в мире добыто более 100 тыс. т золота, в том числе в России примерно 12 тыс. т [1]. Из этого количества на долю россыпей приходится около 25%. В самой России за всю историю около 85-90% золота получено именно из россыпных месторождений. В настоящее время мировая добыча золота из россыпей составляет 7,0-9,5%. В России в 1993 году на долю россыпей приходилось 71,4% добытого золота (рис. 1). В Магаданской области, добывающей 18,7% всего полученного в стране металла, россыпное золото составило 90%. В Иркутской области (при 14% общероссийских запасов золота) вся добыча производится из россыпей. Это свидетельствует о значительном неиспользованном ресурсном потенциале коренных золоторудных месторождений. Переход золотодобывающей промышленности от разработки россыпей к освоению коренных месторождений - процесс закономерный и неизбежный. Этому во многом способствует разностороннее изучение системы "коренной питающий источник - золотоносная россыпь", что позволяет через изучение более легко открываемых россыпей выходить на коренные золоторудные месторождения.

ЗОЛОТО В КОРЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Основными материнскими источниками питания золотоносных россыпей являются гидротермально минерализованные горные породы, и особенно руды месторождений (как собственно золоторудных, так и комплексных свинцово-цинковых, медных [2] и других, содержащих золото в качестве примесного компонента). Содержание Au в коренных золоторудных месторождениях обычно составляет 2-20 г/т, в комплексных - 0,06-0,5 г/т. Крупные месторождения имеют запасы золота 50-100 т и более. В коренных источниках золото в основном находится в трех формах: 1) макро- и микроскопические выделения свободного самородного золота; 2) выделения минеральных соединений золота, в основном теллуриды - две полиморфные модификации: (Au, Ag)Te2 - каловерит и креннерит, сильванит (Au, Ag)Te4 , петцит AuTe2 - и значительно реже селениды, сульфиды, антимониды; 3) невидимая примесь золота в различных минералах, преимущественно в сульфидах - особенно в пирите (FeS2), арсенопирите (FeAsS), халькопирите (CuFeS2), антимоните (Sb2S3) - и иногда в кварце (SiO2). Невидимое золото представлено в основном субмикроскопическими тонкодисперсными частицами самородного металла размером в десятые-сотые доли микрометра. Содержание Au в пиритах и арсенопиритах золоторудных месторождений обычно составляет несколько граммов на тонну, но нередко достигает сотен граммов на 1 т, что часто и обеспечивает промышленную ценность таких месторождений. В целом наиболее распространенной формой являются свободное видимое золото и его серебросодержащая разность - электрум (AuAg), а также золотистое серебро - кюстелит (AgAu). Видимое золото чаще преобладает в малосульфидных золоторудных месторождениях.

Для самородного золота характерно большое многообразие форм выделения [3]: жилковидно-пластинчатая (до чешуйчатой), губчатая, комковидная, ветвистая, кристаллическая, друзовидная, дендритовая, проволочновидная, игольчатая, угловатая, каплевидная (рис. 2). Общей особенностью является более широкое развитие ограненных форм среди мелких выделений золота и неправильных форм среди крупных. Устанавливается определенная зависимость форм от глубины образования золоторудных месторождений. В частности, в малоглубинных месторождениях более развиты удлиненные вплоть до волосовидных и уплощенных и дендритовидные выделения золота.

Постоянными элементами-примесями в самородном золоте являются Ag, Hg, Cu, Pd, реже Sb, Cd, Pt, которые образуют с ним ограниченные твердые растворы и интерметаллические соединения. Распределение этих изоморфных примесей в золоте, как правило, равномерное, что отличает их от неравномерно распределенных механических примесей (включения в золоте других минералов, присутствующих в руде и горной породе).

Наибольшей изоморфной емкостью с золотом обладает Ag, которое образует непрерывный ряд твердого раствора в интервале содержаний Au до 45%. Пробность золота (Au /(Au + Ag + Cu + Hg + + Pd)) i 1000 определяется прежде всего примесью серебра. Установлены природные золото-серебряные соединения с пробностью не ниже 390 единиц. Значительно меньше предел изоморфной смесимости с золотом у Hg, содержание которой колеблется от 0,001 до 10% и редко более. Максимальное количество Hg, зафиксированное в самородном золоте, составляет 19-20%. Твердый раствор Cu в золоте ограничен содержаниями 0,5-4,0%. Обычно количество Cu в золотой матрице отрицательно коррелируется с Ag. Концентрации Pd в самородном золоте могут составлять доли процента - первые проценты. Для золоторудных месторождений, образовавшихся на небольших глубинах, обычно характерен неоднородный и в целом низкопробный состав золота (в основном за счет повышенной примеси Ag и иногда Hg). Отмечаемые в некоторых случаях более высокие содержания Ag, Cu, Hg, Pd в самородном золоте связаны с присутствием интерметаллических соединений типа AuAg3 , Au3Hg, Au2Hg, Au4Ag3Hg3 , AuCu, AuCu3 , AuPd, (Cu, Pd)3Au и др.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЗОЛОТА

В БЛИЗКОПОВЕРХНОСТНОЙ ЗОНЕ

Питающим источником золотоносных россыпей являются верхние части рудных тел и золотосодержащих минерализованных пород, разрушающиеся в процессе физического и химического выветривания. Поэтому при анализе системы коренной источник - россыпь важно изучение поведения золота в приповерхностной обстановке в области циркуляции подземных вод, обогащенных кислородом (эта область, характеризующаяся широким развитием окислительных процессов, выделяется как зона гипергенеза). В зоне гипергенеза золоторудных месторождений происходят как преобразование видимого самородного золота, так и формирование его новообразованных разностей. Последние возникают за счет высвобождения тонкодисперсного золота из сульфидов при их разложении и последующей его сегрегации и укрупнения, а также за счет окисления и распада собственных минералов золота (типа теллуридов Au).

Сульфиды в зоне гипергенеза разлагаются по схеме 2FeS2(пирит) + 2H2O + 7O2 = 2FeSO4 + 2H2SO4 c образованием неустойчивых сульфатов железа и освобождением рассеянного в них золота. Циркулирующие в этой зоне хлоридно-сульфатные воды могут растворять содержащееся в сульфидах тонкодисперсное золото с образованием хлоридных комплексов: Au0 + FeCl3 + HCl = HAuCl2 + FeCl2 .

Свободное золото выделяется из растворов вследствие разрушения галогенидных комплексов . Разрушение комплексов происходит под воздействием восстановителей (Fe2 +, Mn2 +, H2S, углистое вещество), а золото восстанавливается до металлического. Особенно активно этот процесс идет при фильтрации водных растворов в нижние горизонты зоны гипергенеза, где и сосредоточена основная масса выделяющегося золота. Очищенное от элементов-примесей новообразованное золото очень высокопробное (порядка 970-1000). Преобладают мелкие, в том числе микроскопические и субмикроскопические, частицы, но встречаются и золотины (до 1,5 мм и более). Осадителями Au из гипергенных растворов могут служить также реликтовые выделения свободного золота. В этом случае на таких выделениях образуются каемки высокопробного золота.

При окислении и разложении собственных минералов Au (в основном теллуридов) образуется так называемое горчичное золото. Представлено оно мелкозернистыми землистыми микропористыми агрегатами часто желтовато-коричневого цвета. Пробность высокая, обычно близкая к 1000. Выделения горчичного золота хотя и имеют довольно крупные размеры, но вследствие землистого микроагрегатного сложения очень неустойчивы к процессам механического переотложения и поэтому обладают слабыми россыпеобразующими свойствами.

Присутствовавшее в руде видимое свободное золото в зоне гипергенеза может быть частично или полностью преобразовано, что выражается в появлении по периферии его выделений кайм более высокопробного золота (иногда высокопробным становится все выделение). Это происходит за счет выноса примесных элементов, особенно Ag.

Наибольшие преобразования золота отмечаются в районах с теплым и жарким климатом. Повышенные содержания хлора в водах этих районов связываются с существованием засушливых сезонов, когда происходят накопление Cl и других галогенидов и повышение общей солености вод. В условиях тропического климата возможно существование растворимых органических соединений Au. Высока эффективность микробиологического растворения золота. В меньших масштабах преобразования золота наблюдаются в обстановках умеренного и холодного климата. В зоне гипергенеза обычно происходит остаточное накопление золота вследствие выщелачивания других компонентов руд (карбонатов, сульфидов и др.). При этом отмечается снижение (в 1,2-1,5 раза) объемного веса рудного материала.

ЗОЛОТО В РОССЫПЯХ

Золотодобывающая промышленность в России работает с 1745 года, когда было открыто первое в стране крупное золоторудное месторождение - Березовское на Среднем Урале (за 250 лет его эксплуатации было добыто примерно 300-350 т золота) и началась разработка золото-серебряных руд Змеиногорского месторождения на Алтае. Золотоносные россыпи впервые были обнаружены в 1771 году по р. Чусовой на Урале, а разработка их началась только в 1814 году. Но уже к концу XVIII столетия в России основное золото получали из россыпей.

Несмотря на многолетнюю отработку и изучение золотоносных россыпей (в том числе и крупных), вопрос о питающих их коренных источниках (рудных месторождениях) в некоторых районах остается до сих пор открытым. В то же время в россыпях обычно концентрируется не более 5-10% золота от общего его объема, выносимого из разрушающейся рудоносной зоны. Это свидетельствует о значительных перспективах обнаружения в таких районах коренных золоторудных месторождений. В связи с этим актуальными являются изучение системы коренной источник - россыпь и совершенствование критериев, которые дают возможность по особенностям россыпного золота определять питающий их источник.

Россыпи представляют собой скопления зерен полезных минералов в рыхлых и сцементированных обломочных отложениях, возникших в результате разрушения горных пород и рудных месторождений [4, 5]. В строении россыпи обычно выделяют три основных фрагмента: пески, торфа и плотик (рис. 3). Песками называются продуктивные отложения, содержащие полезные минералы в повышенных, промышленных количествах. Пласт песков залегает обычно под слоем торфов - отложений, не содержащих полезные минералы или содержащих их в незначительном, непромышленном количестве. Плотик - породы, подстилающие промышленный пласт (часто это коренные породы - известняки, сланцы, граниты). Обогащенный крупным золотом пласт обычно приурочен к приплотиковой наиболее крупнообломочной части разреза россыпи. Крупные россыпи содержат не менее 25-50 т золота.

Золотоносные россыпи в основном образовались в четвертичный и реже в третичный периоды. Более древние россыпи редки, они в большей части уничтожены эрозией. По происхождению различают следующие типы россыпей: элювиальные (без существенного смещения обломочного материала относительно разрушавшегося коренного источника), делювиальные (представляют материал элювиальных россыпей, смещенный силой тяжести вниз по склону, на котором расположено коренное рудное месторождение), аллювиальные (формируются в процессе переноса обломочного материала речным потоком и располагаются обычно в речных долинах), прибрежные (образуются в береговой зоне морей, океанов и крупных озер под воздействием волн и прибрежных течений), ледниковые (перенос и накопление обломочного материала движущимися по долинам ледниками). Наибольшее промышленное значение имеют прибрежно-морские и особенно аллювиальные россыпи золота. В зависимости от положения относительно речного русла среди них выделяются русловые, косовые (залегающие на галечных островах, косах и отмелях), долинные, террасовые. Протяженность аллювиальных россыпей достигает нескольких километров. В них выделяются головная часть, в которой заключены основные запасы, и хвостовая (иногда несколько десятков километров). Металлоносность аллювиальных россыпных месторождений России распределяется следующим образом: русловые - 0,1%, долинные - 55,5%, террасовые - 44,4% [4].

На путях миграции от коренного источника и в пределах самой россыпи самородное золото испытывает механические и химические преобразования. Механические преобразования выражаются в освобождении его частиц от сростков с другими минералами, в окатывании, истирании, сковывании золотин и разделении их по крупности и степени уплощенности. На золотинах часто появляются многочисленные царапины, бороздки, вмятины. Хорошим показателем длительности нахождения самородного золота на пути к россыпи и в определенной степени дальности переноса золотин от коренного рудного источника является степень их окатанности (см. рис. 2). Для оценки дальности сноса используется также анализ крупности золотин и их уплощенности. Если головная часть россыпей (наиболее приближенная к коренному источнику) характеризуется более крупными, слабо окатанными выделениями золота, то в ее хвостовой части обычно преобладают чешуйчатые, сильно уплощенные золотины. Дифференциация частиц по уплощенности происходит не только по длине россыпи, но и вкрест ее простирания (в богатых центральных частях струй преобладают менее уплощенные и более крупные частицы золота).

Подвижность выделений золота в русловом потоке определяется в основном гидродинамическим режимом (ГР) водного потока (ГР включает скорость и живую силу потока, уклон и характер ложа, состав переносимого обломочного материала) и гидравлической крупностью (ГК) частиц золота. Последняя связана прямой зависимостью с массой частиц (Р) и обратной с площадью их наибольшего сечения (S): ГК = P / S, а также зависит от характера поверхности золотин. Существующие классификации самородного золота по гидравлической крупности включают его дифференциацию по степени уплощенности, окатанности, количеству вростков и размеру (главным образом толщине) [6]. Использование этих зависимостей помогает понять механизм формирования россыпных концентраций и является дополнительным критерием определения характера связи россыпи с коренным рудным источником.

Подавляющая масса добываемого из россыпей золота представлена частицами от 0,1 до 10 мм в поперечнике. Исключение составляют самородки, вес которых может достигать нескольких килограммов, например в Австралии найден самородок "Желанный Незнакомец" весом 74,5 кг. Обычное содержание золота в россыпях составляет 0,4-2 г/м3. Высокой подвижностью обладает тонкое, особенно чешуйчатое золото, которое способно переноситься водными потоками во взвешенном или полувзвешенном состоянии на десятки километров и многократно переотлагаться. Вынос такого золота может быть значительным. Так, подсчитано, что р. Индигирка (Колыма) переносит за сутки паводка во взвешенном состоянии 10,5 кг золота, а р. Амур выносит в море около 8,5 т золота в год.

Химические преобразования выражаются в формировании в золотинах высокопробных кайм и высокопробных межзерновых прожилков, аналогичных тем, которые образуются в зоне гипергенеза. Масштабы их формирования обычно увеличиваются с возрастом и глубиной залегания золотоносных отложений. Особенно интенсивно преобразовано золото в россыпях, сформированных в доледниковые теплые и влажные эпохи. Высокопробные каймы могут формироваться как в результате диффузионного выщелачивания серебра из серебросодержащих золотин, так и путем замещения золото-серебряного сплава относительно чистым золотом. Формированию высокопробных кайм может способствовать гидрокарбонатный состав вод, благоприятный для миграции Ag. Подвижность Au в этих условиях слабая. В процессе хемогенного преобразования самородного золота наряду с Ag обычно выносятся Hg и Cu.

В геологической литературе длительное время обсуждался вопрос: растет ли золото в россыпях и восстанавливаются ли отработанные россыпи за счет его хемогенного привноса и новообразования? Этому во многом способствует неоднократное возвращение к отработке ранее уже разрабатывавшихся россыпей. Предпосылки для образования в россыпях "нового" золота имеются, особенно в районах, характеризующихся аридным жарким климатом, где природные воды отличаются повышенной общей минерализацией, нередко имеют сульфатно-хлоридный состав и повышенные содержания галогенов. Одной из возможных форм переноса золота в таких водах являются гидрохлоридные комплексы (AuClOH-). Укрупнение золота может происходить также за счет природной амальгамации, в результате которой отмечается цементация нескольких золотин. Однако в целом, как считает Г.В. Нестеренко [7], уделявший этой проблеме большое внимание, масштабное формирование "нового" золота в россыпях не характерно даже для жарких климатических зон. По его мнению, хемогенного восстановления россыпей в природе не происходит. В то же время хемогенное перераспределение золота в пределах россыпей является достаточно распространенным явлением. Что касается неоднократной отработки россыпей, то это, скорее всего, связано с совершенствованием технологических схем извлечения золота.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Самородное золото, переходя из коренных рудных источников в россыпи, в той или иной степени испытывает преобразования в составе и строении его выделений. Однако при этом многие особенности состава сохраняются. Унаследованность состава самородного золота в россыпях от питающего источника позволяет использовать этот параметр для суждения о типе и местоположении коренной золоторудной минерализации. В совокупности с учетом механических и химических преобразований золота в зоне окисления рудных месторождений и россыпях это позволяет устанавливать критерии связи россыпей золота с питающими их рудными источниками, что является важным в решении актуальной для России задачи перехода золотодобывающей промышленности на преимущественную разработку коренных месторождений золота.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беневольский Б.И. Золото России. М.: Геоинформмарк, 1995. 33 с.

2. Сотников В.И. Основные тенденции развития теории рудообразования // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. ╧ 12. С. 56-61.

3. Петровская Н.В. Самородное золото. М.: Наука, 1973. 347 с.

4. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1981. 383 с.

5. Нестеренко Г.В. Происхождение россыпных месторождений. Новосибирск: Наука, 1977. 310 с.

6. Избеков И.Д. Образование и эволюция россыпей. Новосибирск: Наука, 1985. 189 с.

7. Нестеренко Г.В. Прогноз золотого оруденения по россыпям. Новосибирск: Наука, 1991. 190 с.

* * *

Виталий Иванович Сотников, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры месторождений полезных ископаемых Новосибирского государственного университета, зав. лабораторией рудно-магматических систем Объединенного института геологии, геофизики и минералогии Сибирского отделения РАН, действительный член Международной академии минеральных ресурсов. Лауреат Государственной премии СССР. Область научных интересов: рудообразование и металлогения. Автор восьми монографий и более 250 научных статей.