В последние годы все больше внимания уделяется комплексным прибрежно-морским россыпям тяжелых металлов. В настоящее время в мире из них добывают золото, алмазы, ильменит, рутил, циркон, монацит, магнетит, хромит и другие полезные ископаемые [1, 2]. По значимости прибрежно-морские россыпи стоят на втором месте после аллювиальных. Разработки россыпей подобного рода расширяются, различные страны начинают осваивать эти богатства [3–7]. В конце 1960-х начале 1970-х гг. геологами Камчатского и Приморского территориальных геологических управлений, сотрудниками лаборатории обогащения золотых песков Центрального научно-исследовательского геологоразведочного института цветных и благородных металлов, Всесоюзного научно-исследовательского института морской геологии и геофизики на шельфе Охотского моря и в его прибрежной части были проведены геологоразведочные и тематические исследования [8, 9], в результате которых вдоль западного побережья Камчатки установлена повсеместная золотоносность отложений, выделены перспективные участки. Эпизодически работы продолжались до 1983 г. Применение новых современных технологий позволяет сегодня решать проблемы, связанные с извлечением тонких классов золота, присутствующего в отложениях пляжа Западной Камчатки. В связи с этим в 1997–2000 гг., а затем в 2015 г. Научно-исследовательским геотехнологическим центром ДВО РАН были продолжены работы с целью уточнения перспектив освоения прибрежно-морских золотоносных образований [10, 11], с учетом применения новейших методов обогащения золотосодержащего материала. Немаловажное значение в качестве дополнительных источников добычи золота имеют расположенные вдоль всего побережья на поверхности пляжа гранат-магнетитовые золотосодержащие природные (естественные) шлихи, которые в случае добычи золота также могут быть использованы. В них присутствует, кроме золота, значительное количество титаномагнетита, ильменита, граната, которые могут попутно извлекаться в случае добычи благородного металла [10]. С целью получения более полной информации об их минеральном составе проведено изучение этих шлихов на качественно новом уровне, с использованием современной аналитической аппаратуры.
Материалы и методы исследования
Исследован минеральный состав проб, отобранных в 2015 г. из поверхностных ореолов гранат-магнетитовых золотосодержащих природных (естественных) шлихов на пляже в юго-западной части Камчатки севернее мыса Левашова, на участках его максимального распространения – в приклифовой части пляжа (рис. 1–2).
Материал проб представляет собой средне-мелко-зернистые пески с небольшим содержанием гравийно-галечной составляющей (5–7 % от всего объема). Количество исходного материала – 15 кг. Проба расситована, отобрана фракция менее 2 мм, затем отквартована методом кольца и конуса, истерта до размерности 0,080 мм.
Исследования проводились на высокоточном порошковом рентгеновском дифрактометре с горизонтальным закреплением образца Rigaku Ultima IV методом рентгеновской спектроскопии. В качестве подложки при съемке использовалась стеклянная кювета. Съемка дифрактограммы порошка проб проводилась с использованием D/tex детектора в диапазоне углов 2Θ 10–100 град, со скоростью 1,0 град/мин. Режим съемки – стандартный [12].
Высокая достоверность метода дает сведения о структуре вещества. Идентификация кристаллических фаз в пробе производится по полученным параметрам элементарных ячеек, межплоскостных расстояний и относительным интенсивностям соответствующих линий на рентгенограмме. Анализ полученных спектров и расчет количественного минерального состава породы проводился методом корундового числа (RIR метод) с использованием программного комплекса PDXL-2 [13, 14].
Результаты исследования и их обсуждение
Помимо собственно пляжевых золотоносных образований и золотосодержащих отложений подводного берегового склона, ценными являются многочисленные поверхностные золотосодержащие гранат-магнетитовые ореолы – природные шлихи, возникающие, как правило, на одних и тех же участках пляжа после сильных штормов. Расположены они на пляжах неполного профиля на абразионных участках берега. В поверхностном слое пляжа происходит развитие до трех параллельных зон природных (естественных) шлихов: первая – у гребня штормового вала с минимальными размерами и малым содержанием золота; вторая приурочена ко второй аккумулятивной террасе; третья, наиболее продуктивная и крупная, располагается у основания берегового обрыва, клифа. Поверхностные ореолы представляют собой прерывистые струи шириной первые метры, длиной – десятки или первые сотни метров; мощность их колеблется от 1 до 10 см. Отдельные ореолы, расположенные у основания клифа, имеют ширину 3–4 м и достигают протяженности до 1800 м [8, 9], характеризуются постоянно высокими содержаниями полезных компонентов и являются наиболее перспективными на предмет извлечения полезных компонентов. Количество минералов тяжелой фракции достигает здесь 60–70 % от всего объема пробы, а в отдельных случаях 85 %.
Рис. 1. Схематическая карта с точками отбора проб
Рис. 2. Место отбора пробы ZP-4 из природного (естественного) гранат-магнетитового шлиха, лежащего на поверхности глинистого плаща у основания берегового обрыва
Изучен минеральный состав этих естественных шлихов с содержаниями золота более 100 мг/м3, мощностью образований 5–10 см (пробы L-10, L-40, ZP-2) и с содержаниями золота менее 50 мг/м3 и мощностью 1–5 см (пробы ZP-4, ZP-6, ZP-8). Типоморфные особенности золота из отложений пляжа более подробно были освещены ранее в ряде работ [11, 15], и в данной статье приведены только содержания металла в анализируемых пробах и короткая характеристика обнаруженных в нем золотин. Проба варьирует в широких пределах (от низко- до высокопробного), что дает возможность предположить наличие разноформационных россыпеобразующих источников. Золото из этих шлихов хорошо окатанное, пластинчатой, уплощенной, чешуйчатой формы, размером 0,1–1 мм, толщиной до 0,1 мм. Оно перед анализом на приборе предварительно выбрано из проб; посчитано его количество в мг/м3.
Результаты качественного и количественного анализа минерального состава проб приведены в табл. 1.
Таблица 1
Минеральный состав проб из природных гранат-магнетитовых шлихов Юго-Западной Камчатки (по результатам анализа RIR методом)
|
Минералы |
Химическая формула |
Номера проб |
||||||
|
L10 |
ZP2 |
L40 |
ZP4 |
ZP6 |
ZP8 |
|||
|
содержания золота >100 мг/м3 |
содержания золота <50 мг/м3 |
|||||||
|
титаномагнетит |
Fe2.75 Ti0.25 O4 |
38,0 |
32,1 |
39,4 |
19,8 |
17,5 |
16,3 |
|
|
магнезиоферрит |
(MgFe2)O4 |
21,6 |
12,8 |
10,0 |
2,2 |
6,7 |
7,8 |
|
|
ульвешпинель |
(Mg, Fe)(Cr, Al, Fe) 2O4 |
0,6 |
0,7 |
2,8 |
0,3 |
8,2 |
0,6 |
|
|
франклинит |
ZnFe2O4 |
0,2 |
0,3 |
0,7 |
0,2 |
0,4 |
||
|
кульсонит |
(Fe,V)3O4 |
1,2 |
0,2 |
0,2 |
1,0 |
1,0 |
||
|
магнезиохромит |
(Fe, Mg)Cr2O4 |
0,5 |
– |
0,8 |
– |
0,6 |
– |
|
|
хромит |
FeCr2O4 |
– |
0,2 |
– |
– |
– |
0,1 |
|
|
кварц |
SiO2 |
7,1 |
3,8 |
3,5 |
31,0 |
20,0 |
26,1 |
|
|
α-кварц |
SiO2 |
0,3 |
4,2 |
3,3 |
3,0 |
0,1 |
0,2 |
|
|
стишовит |
SiO2 |
0,3 |
0,2 |
1,1 |
– |
– |
– |
|
|
альбит |
Na(AlSi3O8) |
1,0 |
7,8 |
2,7 |
6,2 |
– |
0,2 |
|
|
лабрадор |
Ca0.68 Na0.30 (Al1.66 Si2.34 O8) |
2,4 |
1,2 |
1,5 |
– |
– |
1,2 |
|
|
анортит |
CaAl2Si2O8 |
2,3 |
7,9 |
1,0 |
19,6 |
16,7 |
14,4 |
|
|
анортоклаз |
(Na0.75K0.25 )(AlSi3O8) |
– |
– |
1,6 |
– |
– |
– |
|
|
энстатит |
Mg2Si2O6 |
1,0 |
1,1 |
1,3 |
– |
8,6 |
20,9 |
|
|
ортопироксен |
(Mg0.928 Fe0.062 )(Mg0.892 Fe0.088)Si2O6 |
2,0 |
3,8 |
4,1 |
– |
3,0 |
– |
|
|
клинопироксен |
CaFe(Si2O6) |
– |
– |
1,2 |
0,3 |
– |
0,6 |
|
|
авгит |
Ca( Mg,Fe)Si2O6 |
– |
– |
1,5 |
– |
2,3 |
2,2 |
|
|
диопсид |
CaMgSi2O6 |
– |
1,6 |
0,9 |
5,8 |
0,6 |
0,4 |
|
|
пижонит |
(Mg,Fe,Ca)2 Si2O6 |
1,5 |
1,3 |
– |
– |
3,8 |
2,2 |
|
|
геденбергит |
CaFe(Si2O6) |
– |
– |
– |
0,5 |
– |
– |
|
|
пироп |
(Mg0.742 Ca0.258 )3Al2(SiO4)3 |
1,1 |
1,6 |
1,4 |
– |
1,7 |
– |
|
|
альмандин |
(Ca0.24 Mg1.12 Mn0.04 Fe1.59)(Al1.99Cr0.01 )Si3O12 |
6,7 |
5,2 |
7,7 |
2,1 |
2,1 |
1,7 |
|
|
андрадит |
Ca3Fe2 Si3O12 |
– |
0,2 |
1,6 |
1,8 |
0,7 |
– |
|
|
спессартин |
Mn3Al2Si3O12 |
1,0 |
0,4 |
2,4 |
– |
1,6 |
1,0 |
|
|
биотит |
K(Mg, Fe)3(AlSi3O10)(OH, F)2 |
– |
– |
– |
3,7 |
– |
0,3 |
|
|
ильменит |
Fe(TiO3) |
5,5 |
7,6 |
4,3 |
0,8 |
2,9 |
0,6 |
|
|
гейкилит магниевый |
(Mn0.5 Mg0.5)TiO3 |
2,8 |
1,0 |
1,8 |
0,1 |
– |
– |
|
|
пирофанит |
Mn (TiO3) |
– |
– |
1,1 |
– |
0,1 |
– |
|
|
рутил |
TiO2 |
1,9 |
1,0 |
1,1 |
– |
– |
0,1 |
|
|
сфен |
CaTiSiO5 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
– |
1,4 |
0,1 |
|
|
гематит |
Fe2O3 |
– |
2,5 |
– |
0,5 |
– |
1,1 |
|
|
пирит |
FeS2 |
0,5 |
– |
– |
– |
0,5 |
– |
|
|
циркон |
Zr (SiO4 ) |
– |
0,4 |
0,1 |
– |
– |
0,1 |
|
|
хризоберилл |
Al2 (BeO4) |
– |
0,1 |
– |
– |
0,2 |
– |
|
|
касситерит |
SnO2 |
0,1 |
– |
0,2 |
– |
– |
– |
|
|
ставролит |
Al4FeSi2O10(OH)2 |
0,4 |
0,5 |
0,5 |
– |
0,1 |
– |
|
|
эпидот |
Ca2 (Al,Fe)3(Si2O7)(SiO4)O(OH) |
– |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,4 |
0,4 |
|
Примечание. Приведены химические формулы из базы данных [13, 14].
В целом преобладающими в природных шлихах, образованных на поверхности пляжей, являются минералы ряда магнетита (24–61,4 %): титаномагнетит, магнезиоферрит, франклинит, ульвошпинель, кульсонит (ванадиевый магнетит). В незначительных количествах присутствует хромит, магнезиохромит (магниевый аналог хромита). Между магнетитом и хромитом и между шпинелью и хромитом существует непрерывный изоморфный ряд, поэтому химический состав их непостоянен и в шлихах встречено такое разнообразие минералов группы магнетит – хромит.
Широко представлены также: кварц (7,6–34,0 %) различных модификаций (высоко- и низкотемпературный); плагиоклазы альбит-анортитового ряда (5,2–25,8 %); пироксены ромбические (3,0–20,9 %): энстатит, ортопироксен и моноклинные (1,5–6,6 %): клиноэнстатит, клинопироксен, авгит, диопсид, пижонит, геденбергит.
Из минералов группы ильменита идентифицированы ромбоэдрические ильменит (до 7,6 %), гейкилит (до 2,8 %), пирофанит (до 1,1 %). Присутствуют рутил (до 1,9 %), сфен (до 1,4 %).
Разнообразно представлены гранаты: (2,7–13,1 %) альмандин, пироп, андрадит, спессартин, с количественно преобладающим альмандином – 1,7–7,7 %.
Присутствуют в шлихах гематит, пирит, ставролит, биотит, эпидот. В количестве менее 0,5 % встречены циркон, касситерит, хризоберилл.
Выявленный в поверхностных отложениях пляжа спектр основных и второстепенных минералов (табл. 1) свидетельствует о том, что источниками, их питающими, являются породы весьма различного генезиса: магматические, метаморфические, гидротермальные, контактово-метасоматические. Одним из главных показателей их концентрации в отложениях пляжа является их высокая устойчивость к выветриванию.
Пробы L-10, L-40, ZP-2 отличаются от проб ZP-4, ZP-6, ZP-8 не только по содержаниям в них золота (более 100 мг/м3 и менее 50 мг/м3 соответственно) и мощности образований, но и большими, превышающими в 2 раза, концентрациями титаномагнетита (32,1–39,4 % против 16,3–19,8 %). Суммарное количество минералов группы гранатов составляет здесь 7,3–13,1 % против 2,7–6,1 % cоответственно. При этом наибольшее присутствие и разнообразие гранатов отмечается в пробе L-40, отобранной из естественного шлиха на пляже к северу от устья р. Утка.
По качественному составу основных породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, пироксены) исследуемые пробы идентичны. Изменяются лишь количественные соотношения. Севернее р. Быстрая, в маломощных образованиях естественного шлиха (пробы ZP-4, ZP-6, ZP-8), увеличиваются содержания кварца (до 32 % в ZP-4), плагиоклазов (до 26,4 % в ZP-4).
По результатам рентгенофлуоресцентного анализа на приборе EDX Pocket Series IV (оператор С.В. Паламарь) определены содержания некоторых элементов (табл. 2). Повышенные содержания титана и ванадия отмечаются в пробах, в минеральном составе которых значительные содержания титаномагнетита и ильменита. Ванадий концентрируется в магнетите, изоморфно замещая железо, поскольку радиусы ионов близки.
Таблица 2
Содержания некоторых элементов в естественных гранат-магнетитовых шлихах Юго-Западной Камчатки
|
Элементы |
Содержания элементов в пробах, % |
|||||
|
L-10 |
ZP-2 |
L-40 |
ZP-4 |
ZP-6 |
ZP-8 |
|
|
Ca |
4,2 |
4 |
3,9 |
3,6 |
4,7 |
4,2 |
|
Co |
1,89 |
1,1 |
0,14 |
0,32 |
0,9 |
0,7 |
|
Fe |
65,6 |
37,5 |
51,9 |
10,78 |
31,4 |
23,3 |
|
K |
0,6 |
0,3 |
1,9 |
1,6 |
0,6 |
1,3 |
|
Mn |
0,38 |
0,33 |
0,3 |
0,17 |
0,29 |
0,23 |
|
Ni |
0,08 |
0,03 |
0,06 |
0 |
0,02 |
0,007 |
|
Pb |
0,0003 |
0 |
0,0001 |
0 |
0 |
0 |
|
Sr |
0,0036 |
0,0035 |
0,0054 |
0,017 |
0,009 |
0,015 |
|
Ti |
12,1 |
17,5 |
9,4 |
1,5 |
4,8 |
3,5 |
|
V |
0,26 |
0,2 |
0,2 |
0,003 |
0,08 |
0,04 |
|
Zn |
0,03 |
0,012 |
0,019 |
0,007 |
0,015 |
0,015 |
Выводы
Проведенный комплекс исследований по определению количественного и качественного анализа проб из природных золотосодержащих гранат-магнетитовых шлихов, формирующихся на поверхности пляжа Юго-Западной Камчатки, свидетельствует о том, что многочисленные образования этого типа могут быть использованы в качестве дополнительных источников при разработке золотосодержащих песков на пляже и шельфе. Из них возможно извлечение не только драгоценного металла, но и титаномагнетита, ильменита, граната, содержание которых в шлихах достигает весомых значений (16,3–39,4 %; 7–13,1 %; 1,7–7,7 % соответственно). Наиболее обогащены полезными компонентами участки пляжа неполного профиля на абразионном участке берега, особенно поверхностный гранат-магнетитовый шлих, мощность которого более 5 см (L-10, L-40, ZP-2). Содержание золота в нем составляет более 100 мг/м3. В этих шлихах обнаружены повышенные количества ванадия и более трети от количества всех минералов составляет титаномагнетит.
В дальнейшем при исследовании обогатимости технологических проб по извлечению золота из металлоносных осадков следует учитывать возможности одновременного с ним извлечения из поверхностных шлихов титаномагнетита, граната, ильменита.