СПОСОБЫ ПРОГНОЗА ОБРАЗОВАНИЯ СУЛЬФАТОВ МАГНИЯ В КАРЬЕРЕ ШЕРЛОВОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
Сергутская О.С.
ИПРЭК СО РАН, Чита, sergutskaya@mail.ru
Современное минералообразование Шерловогорской рудно-магматической системы представлено ассоциациями сульфатов магния, цинка, меди, железа с раз-личным числом молекул кристаллогидратной воды. Среди сульфатов магния отме-чены: кизерит MgSO4∙H2O, старкеит MgSO4∙4H2O, пентагидрит MgSO4∙5H2O гекса-гидрит MgSO4∙6H2O, эпсомит MgSO4∙7H2O [Юргенсон, 2008].
Новообразованные минералы эфемерны, образование их зависит от метеоус-ловий в районе месторождения. В период отсутствия осадков, на испарительном геохимическом барьере выделяются сульфаты в виде выцветов, натёчностей, коро-чек. Температура и влажность воздуха являются одними из основных факторов об-разования сульфатов, периодичности их появления и времени существования.
Grevel и Majzlan [Grevel, 2009] рассматривают устойчивость гидратированных сульфатов магния восточной части США как функцию температуры и относитель-ной влажности. При этом старкеит и пентагидрит они считают метастабильными. Среднесуточные значения температуры и относительной влажности в районе Шер-ловогорского месторождения близки с теми же в восточной части США, в штольне Ричмонд (Калифорния), где средняя температура обычно составляет от 10° до 40°C и относительной влажности в пределах от 30% до 100%. В этих условиях среди суль-фатов преобладают кизерит, старкеит, гексагидрит, эпсомит.
Наложение результатов рентгеноструктурного анализа образцов проб с карье-ра месторождения на диаграмму Grevel и Majzlan со значениями температуры и от-носительной влажности воздуха района Шерловогорского месторождения, дает сле-дующие результаты (табл. 1).
Таблица 1
Состав образцов минеральных образований
№ пробы Состав по РФА Состав проб по диаграмме [Grevel, 2009]
ШГ-05/155А Старкеит, кизерит Кизерит, гексагидрит, следы старкеита
ШГ-07/159 Гексагидрит, слабые следы старкеита Гексагидрит, старкеит, эпсомит
ШГ-10/184-СМО-2 Старкеит, гексагидрит Старкеит, эпсомит, возможно гексагидрит
Близость результатов говорит о схожести процессов образования и устойчи-вости сульфатов Шерловогорского месторождения. Соответственно, появляется возможность отслеживания интересующих сульфатов в условиях изменения темпе-ратуры и влажности воздуха, с последующим отбором, идентификацией и изучени-ем свойств.
Однако возможность нахождения новообразованных сульфатов в зоне окис-ления в карьере Шерловогорского месторождения вызывает ряд трудностей, пред-ставленных частым изменением погодных условий и неустойчивым состоянием не-которых минералов, переход от одного гидратированного сульфата магния к друго-му сульфату происходит достаточно быстро. Для решения этой проблемы может быть использовано современное термодинамическое моделирование. В качестве программы для моделирования использовался программный комплекс «Селектор» [Чудненко, 2010], расчеты проводились при различных температурах и массовой до-ле сульфата магния, полученные результаты сравнивались с фазовой диаграммой MgSO4-H2O (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма фазового равновесия [Chou, 2012]
Результаты расчета представлены в таблице 2. Большее сходство наблюдается при температурах 25-55°С.
Таблица 2
Сравнение результатов расчета с данными фазовой диаграммы
Массовая доля MgSO4, % Температура, °С Диаграмма Селектор
25 10 Эпсомит Меридианит, эпсомит
35 10 Эпсомит Меридианит
25 Эпсомит Эпсомит
55 Гексагидрит Гексагидрит
40 10 Эпсомит Меридианит
25 Эпсомит Эпсомит
55 Гексагидрит Гексагидрит
45 10 Эпсомит Меридианит
25 Эпсомит Эпсомит
55 Гексагидрит Гексагидрит
50 10 Эпсомит+кизерит Меридианит
25 Эпсомит+гексагидрит Эпсомит
55 Гексагидрит Гексагидрит
55 10 Эпсомит+кизерит Меридианит
25 Гексагидрит+кизерит Эпсомит
55 Гексагидрит+кизерит Гексагидрит
Чистый кизерит, без примесей появляется при достаточно высоких темпера-турах, порядка 80°С и выше, в реальных же условиях в летний период он образуется при температурах до 40° С в ассоциации с гексагидритом, что подтверждается дан-ными рентгеноструктурного анализа. Основные минералы, устойчивые в диапазоне температур 10-40°С это кизерит, гексагидрит и эпсомит. Меридианит не был обна-ружен в карьере Шерловогорского месторождения, это возможно связано с темпера-турными условиями его образования и устойчивости (ниже +5°С), так как отбор об-разцов проводился в летний период. Старкеит и пентагидрит метастабильные и яв-ляются промежуточными минералами между гексагидритом и кизеритом, в природ-ных условиях образуются в смеси с этими минералами.
Таким образом, для исследования процессов образования сульфатов предло-женная диаграмма в связи с комплексом «Селектор» позволяет получать результаты, хорошо согласующиеся между собой. Появляется возможность прогноза условий образования и устойчивости, температурные переходы между минералами и прибли-зительное время отбора интересующих сульфатов.
Литература:
Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программ-ное обеспечение, приложения. - Новосибирск: Академическое издательство «Гео». - 2010. - 287c.
Юргенсон Г. А., Сергутская О. С. Сульфаты магния и цинка в продуктах современного мине-ралообразования из временных водотоков на техногенном делювии в прибрежной зоне водоема Шер-ловогорского карьера // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: труды II Всероссийского симпозиума с международным участием и VIII Все-российских чтений памяти А. Е. Ферсмана 24-27 ноября 2008г. Чита, 2008. – С. 133-138.
Chou, I-M., et al. The stability of sulfate and hydrated sulfate minerals near ambient conditions and their significance in environmental and planetary sciences // Journal of Asian Earth Sciences (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2012.11.027
Grevel, K.-D., Majzlan, J., 2009. Internally consistent thermodynamic data for magnesium sulfate hydrates // Geochimica et Cosmochimica Acta 73. – P. 6805-6815.