3. Биохимические преобразования

5.4. Преобразование золота в техногенных россыпях и отвалах

В практике работы уральских приисков применяют гидравлический и дражный способы разработки месторождений, при которых формируются намывные и отвально-намывные техногенные фации. При обработке концентратов на ШОУ формируются отвальные фации.

Исходным материалом послужили исследования, выполняемые нами с 1984 года на золотодобывающих приисках Урала: Южуралзолото (р. Миасс), Южно-Заозерского, Невьянского, Исовского приисков, Березовского рудника, месторождениях Пермской области (Северная-Тискос, Полуденная, В.Велс) и других объектах Урала. Более детальные исследования выполнены на объектах добычи золота и минералов платиновой группы ряда месторождений Исовского прииска. Минералогические особенности зерен золота и платиноидов изучены на примере вещества отвальной техногенной фации.

Отвальные (насыпные) техногенные фации образуются из материала тяжелой фракции, остающегося на месте переработки концентратов. Отвальные фации характеризуются наиболее беспорядочным распределением литологических разностей осадков. Их формирование происходило путем постоянного наслоения новых порций обломочного материала и выравнивания прежних бульдозерами. Распределение материала здесь происходило под воздействием массы вышележащих пород путем вдавливания в промежутки между породами. В процессе физического и химического выветривания, ежегодного промерзания и протаивания, под воздействием поверхностных вод в них интенсивно протекают процессы геохимического преобразования вещества осадков.

Процессы преобразования золота в природных условиях установлены давно. В корах выветривания прослежены процессы коррозии, растворения и повторного осаждения золота в работах А. Ливерсиджа [3] и подтверждены детальными исследованиями Р. Бойля [4], Р. Клока и В. Келли [5], А. Вильсона [6] и других. Мнение о незначительных масштабах ремобилизации золота в экзогенных циклах пересмотрено после открытия его промышленных концентраций в латеритных корах выветривания на территории Австралии [7], Бразилии [8, 9], Африки [10], Индии [11].

Исследованиями последних лет установлено, что значительная часть благородных металлов в техногенных условиях также изменяет свои физико-химические свойства [12]. Процессы техногенного преобразования осадков приводят к вторичному изменению поверхности зерен золота и платиноидов. Наряду с формированием разнообразных соединений и пленок, на поверхности зерен благородных металлов отмечены процессы новообразования и выщелачивания. На новообразования зерен золота в техногенных россыпях указывали разные авторы, отмечая разные масштабы их проявления, выделяя их разную роль [12- 17].

Минералогия золотосодержащих фаз обусловлена сочетанием неоднородности поступавшего в нее вещества и воздействием на минеральные фазы отвалов комплекса техногенных факторов.

Морфология и внутреннее строение зерен золота, были изучены при помощи оптической и электронной микроскопии, рентгеноспектрального анализа.

Внешний облик изученных зерен крайне разнообразен. Помимо типичных для многих россыпей сильно- и среднеокатанных уплощенных, комковидных зерен отмечены различные зерна с зернистой (рис. 1), пластинчатой (рис. 2), лепестковидной поверхностью, зерна микродендритового характера, "горчичное" золото (агрегат мельчайших изометричных зерен (рис. 3) и др.

Характер внутреннего строения изучавшихся зерен также очень разнообразен. Во многих зернах можно обнаружить несколько различающихся по составу фаз, представляющих как исходное вещество, так и продукты его преобразования под действием различных факторов в процессе формирования и переработки россыпей.

Исходные фазы системы Au-Ag обычно находятся в центральных частях изученных зерен, иногда в виде небольших, по сравнению с объемом зерна, реликтов (рис. 4, 5). Их пробность варьирует от более 990 до 600, чаще 850-900 (табл.). Кроме первичных фаз системы Au-Ag в россыпи были обнаружены также фазы системы Au-Cu (близкие по составу к Au₃Cu), образующие ламелларные срастания с фазами Au-Ag, очевидно в результате распада твердого раствора системы Au-Ag-Сu (рис. 6). Присутствуют и более редкие интерметаллиды системы Au-Pb, по составу аналогичные минералу хунчуниту (Au₂ Pb) (рис. 7). Нельзя исключить и первичный характер фаз зерна цинкистой меди в которой обнаружены включения амальгамы золота. Кроме того, в изученных зернах, в срастании с золотосодержащими фазами часто присутствуют минералы ЭПГ (в основном, Pt-Fe интерметаллиды) (рис. 8).

Преобразование первичных фаз в россыпи, с которым связано усложнение их фазового состава, в основном, связано с образованием и последующим разложением ртуть-содержащих фаз (амальгам). Ртуть, предположительно, является результатом техногенного загрязнения россыпи при золотодобыче (хотя нельзя исключить и попадание в данную россыпь ртути природного происхождения). Для россыпей Урала характерны ртутные аномалии и наличие свободной ртути в отложениях, особенно, на месторождениях связанных с зонами разломов. В шлихах констатированы заметные концентрации киновари.

С увеличением количества металлической ртути, взаимодействующей с зернами первичных фаз (и, вероятно, с возрастанием длительности такого взаимодействия), область образования амальгам варьирует от поверхностной пленки толщиной в первые микроны до всего объема зерна.

Продукты полного преобразования Au-Ag фаз отмечены в виде жидких, полужидких капель, исследование фазового состава которых весьма затруднено. Тем не менее, из нескольких таких капель, имеющих полужидкую консистенцию, были изготовлены полированные шлифы (рис. 9), которые позволили обнаружить их гетерофазность. В вязкой амальгаме белого цвета обнаружены многочисленные мелкие зерна неправильной формы, размером менее 2 мкм, отличающиеся несколько большей твердостью (они выделяются по рельефу) и слабым желтоватым оттенком. Вероятно, они являются продуктами формирования относительно стабильных фаз в системе Au-Hg. Учитывая, что в анализировавшихся участках присутствуют как эти фазы, так и более богатая ртутью матрица, по данным микрозондового анализа можно предполагать, что их состав близок к составу известной гексагональной фазы Au₃Hg. Состав матрицы близок к составу фазы Au₂Hg, однако, есть вероятность, что она также многофазна.

Таблица

Химический состав золотосодержащих фаз из отвалов Исовского прииска

по данным микрозондового анализа (мас. %)

№ ан.	№ обр. участок зерна	Au	Ag	Hg	Cu	Pb	Σ
1-1 1-2 1-3 1a-1 1a-2 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 3-1 4-1 5-1 6-1 7-1 7-2 8-1 8-2 9-1 9-2 10-1 10-2 11-1 11-2 12-1 12-2 12-3 13-1 13-2 14-1 14-2 14-3 15-1 15-2 16-1 16-2 16-3 17-1 18-1 18-2	21 фаза Au2Pb 21 фаза Au2Pb 21 фаза AuAg 21 ядро зерна 21 оболочка 21 срастающиеся 21 зерна AuAg c 21 разной пробностью 21 электрум 21 кайма 28 "рыхлое" зерно 28 зернистый агрегат 17 зерна в "рыхлом" Аu 17 срастание с зерном Pt 9 сфероидальные зерна 9 Au-амальгамы # зерно AuAg # кайма амальгамы 17 "оливковое" Au темн. 17 -*-, светлая фаза 28 центр AuAg зерна 28 зернистая кайма 1 зерно СuAu 1 AuAg-ламелли * медистые фазы * из тонкой фракции * ("отдувок") * промежуточная кайма на меди * внешняя кайма * реликт в центре * фаза в кайме * фаза в кайме * светлая фаза * бурая фаза * реликт в центре * светлая фаза * бурая фаза в кайме * включение в Сu2Zn * ажурный сросток * ажурный сросток	58.60 57.91 79.50 96.22 80.61 77.90 91.18 81.93 59.58 72.97 96.90 82.97 77.93 80.26 66.84 63.33 92.18 65.15 91.54 95.80 83.09 78.55 86.58 85.96 94.81 70.67 87.46 71.70 87.66 95.16 88.18 87.60 68.75 89.91 99.46 79.86 92.65 48.87 68.30 65.85	0.88 0.97 11.97 3.54 4.59 18.44 5.79 16.64 33.27 6.15 0.29 0.91 13.15 12.20 1.52 0.52 4.43 0.80 0.49 0.46 14.62 4.10 0.61 5.14 0.22 0.48 0.63 0.50 0.28 2.86 0.10 0.18 6.01 0.71 0.55 0.47 0.17 1.07 1.30 1.39	4.53 4.55 5.45 0.04 11.65 0.15 0.08 0.10 1.04 15.24 0.60 12.86 5.90 4.78 26.70 29.32 0.75 28.72 5.55 4.75 0.03 13.58 0.14 3.47 0.88 8.15 1.26 4.11 4.64 0.21 8.60 8.95 21.85 3.97 0.41 15.68 2.90 43.97 0.00 0.07	0.04 0.03 0.75 0.02 0.19 0.00 0.05 0.06 0.00 0.00 0.00 0.07 0.97 1.09 0.16 0.00 1.07 0.06 0.00 0.01 0.00 0.11 10.44 2.24 1.10 19.94 8.56 24.93 0.36 0.10 0.12 0.08 0.37 0.09 0.00 0.04 0.00 2.58 15.22 17.88	32.90 33.41 0.01 0.00 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.21 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.01 0.00 0.03 0.00 0.00 0.08 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.06 0.28 0.00 0.02 0.06 0.00 0.18 0.05 0.00 0.33 0.88 12.35 13.73	96.95 96.87 97.68 99.82 97.14 96.49 97.10 98.73 93.89 94.36 98.01 96.81 97.95 98.40 95.22 93.17 98.44 94.73 92.61 96.74 97.74 96.42 97.77 96.84 97.01 99.24 97.91 101.30 93.22 98.33 97.02 96.87 96.98 94.86 100.47 96.05 96.05 97.37 97.17 98.92

Примечание. Номера в первой графе соответствуют номерам зерен, указанных в списке иллюстраций и номера анализа (точки указаны на фотографиях); * - разные образцы; # - опытные образцы

Амальгама с составом, близким к Au₂Hg, образует каймы вокруг зерен первичных Au-Ag фаз (рис. 10), заметно корродируя их поверхность, проникая по трещинам вглубь зерна. Однако, судя по распространенности в каймах вокруг зерен Au-Ag фаз, такие амальгамы с высоким содержанием ртути менее устойчивы в россыпи по сравнению с низкортутистыми амальгамами.

Каймы, сложенные низкортутистыми амальгамами, обычно, придают поверхности зерен Au-Ag фаз зернистый характер, серебристую или свинцово-серую окраску. Ажурный, зернистый, губчатый характер этих кайм (рис. 4, 11, 23 б) дают основание предположить, что они образовались при выносе части вещества первичной амальгамной каймы, скорее всего ртути, высвобождавшейся при разложении менее устойчивых в условиях россыпи высокортутистых фаз: Au_x Hg  Au_yHg + Hg ( где x > y ). Составы амальгам в таких каймах варьируют от Au₅Hg до Au₉Hg. Можно предположить, что ртуть здесь играет роль своеобразного катализатора преобразования первичных Au-Ag фаз: высвобождаясь при изменении внешнего слоя амальгамы она может диффундировать все дальше вглубь зерна, полностью при этом, не связываясь в Au-Ag-Hg интерметаллидах, в силу их недостаточной устойчивости в условиях россыпи.

В центральных зонах зерен, окруженных амальгамными каймами, которые можно охарактеризовать как реликты исходных фаз, содержание ртути может достигать 6 мас. %. Нельзя исключить присутствие ртути уже в первичных фазах, однако, в данном случае, вероятнее ее диффузионное проникновение вглубь Au-Ag фаз. При таких содержаниях ртути зерна Au-Ag фаз остаются однородными, то есть ее перераспределения не отмечается.

Максимально обогащенная ртутью амальгама золота с составом, близким к составу известной гексагональной фазы Au₆Hg₅0, обнаружена в виде включений в зерне цинкистой меди.

Наиболее сложные и во многом неясные процессы связаны с преобразованием Au-Ag фаз, окруженных амальгамными каймами, предположительно, связанные с диффузионными и окислительными процессами. Одним из основных продуктов такого преобразования можно считать специфическую фазу, состоящую, преимущественно из золота, макроскопически, обладающую желто-бурой окраской, напоминающей цвет ржавчины, что дает основание назвать ее, как и некоторые аналогичные, ранее описывавшиеся разновидности золота - "ржавым золотом".

В полированных шлифах "ржавое золото" имеет желто-бурый, бурый цвет с сероватым, оливковым оттенком. Оно представлено срастаниями уплощенных, изометричных частиц, иногда субмикронного размера, ажурными (рис. 12) и сплошными агрегатами, в которых заметна характерная трещиноватость (рис. 13). Эта трещиноватость, а возможно и другие факторы, приводят к постоянному дефициту суммы анализов для проанализированных зерен "ржавого золота". В них, независимо от состава исходной фазы, которую окружает "ржавое золото" присутствует не более 0.5 мас. % Ag и до 5 % Hg, что указывает на участие ртути в формировании этой фазы.

Каймы "ржавого золота" различной толщины часто окружают, "цементируют" зерна Au-Ag фаз (рис. 14, 15). В них часто встречаются желтовато-белые включения амальгамных фаз (рис. 5), которые, очевидно, являются реликтами ранее существовавших амальгамных кайм. Иногда агрегаты "ржавого золота" и реликтов амальгамы образуют "псевдоморфозы", практически полностью замещают исходные зерна россыпного золота (рис. 16).

Трещиноватость, наблюдаемая в зернах "ржавого золота", предположительно указывает на то, что преобразование исходной фазы происходило с сокращением объема.

Преобразованиям, приводящим к появлению "ржавого золота", подвергаются не только фазы системы Au-Ag. Аналогичная фаза отмечена на техногенных "гравелитах" (рис. 18), возникающих при цементации обломков и проволочек ртутным и железистым цементом. После удаления гидрооксидов железа, ртути и меди остаются псевдоморфозы золота по медной проволоке (рис. 19). Устанавливается зональная кайма на медных проволочках, находившихся в отвалах (рис. 20). Она образует внешнюю зону каймы, тогда как на контакте с медью образуется сплошная кайма золото-медной фазы, по составу близкой к стехиометричной фазе CuAu. Присутствие ртути в количестве > 4 % как в Au, так и в CuAu-фазе свидетельствует о том, что их образование связано с диффузионными процессами при образовании на поверхности медной проволоки пленок амальгамы золота.

Вероятно, более редким, но интересным процессом образования тонкодисперсного золота является наблюдавшийся распад золото-свинцового интерметаллида (рис. 7). Вероятно, с распадом такого интерметаллида связано и образование зерна, в котором ячеистые выделения золота сцементированы вторичными минералами свинца (рис. 17).

Загадочной по происхождению фазой, обнаруженной в этих же отвалах, является золото-цинк-медный интерметаллид, близкий по составу к соединению Au₂CuZn (зерно 18), образующий корочковидный ажурный агрегат, желтовато-серого цвета, сложенный дендритовидными микрокристаллами.

В некоторых зернах золота, в основном, слабо затронутых преобразованиями связанными с амальгамацией, заметны обычные для многих россыпей сплошные или фрагментарные каймы высокопробного золота, образование которых связано с диффузионным выносом серебра.

Технологическое значение выявленных минералогических особенностей золотосодержащих фаз связано с практикой добычи измененного золота. Изучение золотосодержащих фаз из отвалов показало, что многие из них заметно изменены за время пребывания в техногенных условиях, и заметно отличаются от россыпного золота россыпей, где не так и интенсивно проявлялись процессы его преобразования. В процессе техногенеза существенное значение приобретает преобразование морфологии, поверхностных характеристик зерен и, как следствие, изменение физических свойств и трудности для извлечения зерен традиционными гравитационными способами.

Нередко частицы золота соединяются между собой в "конгломераты", цементом которых служат пленки ртути, на их поверхности нередки наросты и новообразования, фиксируемые под сканирующим микроскопом. При этом нередки участки послойных новообразований микронных размеров (рис. 23 а). Новообразования в виде параллелепипедов и кубов отмечены на зернах платиноидов. На других зернах золота и платиноидов констатированы следы выщелачивания. Из амальгамированных зерен и агрегатов после удаления ртути высвобождаются пористые ажурные агрегаты "нового" хрупкого золота.

Кроме размера зерен, характеристиками, определяющими их извлекаемость, являются средняя плотность и относительная плошадь поверхности. Наблюдавшиеся преобразования россыпного золота, очевидно, изменяют эти характеристики, что приводит к ухудшению его извлекаемости. При новообразованиях и выщелачивании частиц металлов увеличивается их микропористость, снижается смачиваемость зерен водой и уменьшается их гидравлическая крупность. При естественном выделении ртути из амальгамированных частиц золота и платиноидов в кислой среде на их поверхности образуются темные пленки, корочки гидрооксидов железа и других соединений. Ажурный, губчатый характер новообразований, наличие многочисленных мелких полостей и трещин неизбежно снижают средний удельный вес зерен, а образующаяся зернистая, дендритовидная поверхность имеет значительно большую площадь по отношению к площади поверхности исходных зерен россыпного золота.

Наличие в отвалах крупных тяжелых частиц с высокой гидравлической крупностью (магнетит, хромит, киноварь, свинцовая дробь и др.) способствует вытеснению зерен золота и платиноидов при шлюзовой схеме обогащения из концентрата и поступлению их в отвал.

Часть зерен, из-за пленок гидрооксидов железа, приобретает сильно и слабомагнитные свойства, что также способствует их поступлению в отвал. Определенная часть крупных частиц и микросамородков, поступающих в отвалы, представлена сростками с кварцем и другими минералами.

Преобразования золота в отвалах может приводить как к укрупнению зерен, так и к их измельчению. Основным механизмом укрупнения зерен является их цементация пленками амальгамы, как это видно на рис. 21, где в единый агрегат "спаяны" зерна с разной пробностью.

Обратный процесс, диспергация зерен золота, происходит на разных стадиях формирования и разрушения амальгамных пленок вокруг зерен золота. Неоднородность, выражающаяся в появлении зерен микронного размера, отличающихся по составу от матрицы, заметна уже в высокортутистых амальгамах. Более заметна зернистость низкортутистых амальгамных кайм с размерами зерен от более 10 до менее 1 мкм. Очевидно, что при минимальном механическом воздействии, такие каймы будут разрушаться, увеличивая долю тонкого золота с размером частиц, в основном, менее 10 мкм. То же самое можно сказать и о каймах "ржавого золота".

Изучение тонкой фракции золота (рис. 22) показало, что его большая часть, представленная частицами размером 10 - 50 мкм, аналогична "ржавому золоту" кайм и "псевдоморфоз" по исходным зернам россыпного золота. Они представляют собой корочковидные, гроздьевидные агрегаты более мелких частиц, размер которых часто не превышает 1 мкм, что позволяет предполагать существование и более тонкой фракции золота. Хотя в этой фракции отмечаются ртуть-содержащие зерна, но они обычно также образуют срастания с "ржавым золотом" и, вероятно в значительной степени были превращены в него.

Изученные формы золотосодержащих фаз, процессы укрупнения и диспергации золота свидетельствуют о высокой миграционной способности золота в техногенных условиях. Разнообразные соединения золота, способность его к укрупнению при техногенезе в кислых растворах привели к мысли о возможности управления этими природно-техногенными процессами.

Направленное формирование повышенных концентраций золота в техногенных золотоносных россыпях и отвалах. Его практическими предпосылками служат геологические закономерности механической дифференциации кластогенного золота, физико-химические и биологические процессы преобразования и формирования концентраций новообразованного золота в техногенных россыпях и отвалах [12, 13]. При этом ведущая роль при направленном формировании россыпей принадлежит техногенным процессам, которые рассматриваются нами как сжатые во времени и локализованные в пространстве гипергенные изменения поднятых из недр пород и результат их “реакции” на новые условия среды, выражающийся в изменении строения и состава, а также преобразовании полезных компонентов.

Процессы физико-химического преобразования вещественного состава россыпей (высвобождение зерен из глинистых агрегатов, сростков и др.) и золота (переход в коллоидное состояние, растворение и отложение, замещение и др.), проявляющиеся при разработке объектов, содержащих в составе тяжелой фракции значительную долю сульфидов, приводят к высвобождению и перераспределению концентраций тонкодисперсно­го золота на геохимических барьерах. Закономерности этих процессов детально не изучены. Вероятно положительное влияние бактерий. Имеющиеся наблюдения повышенных концентраций золота из техногенных отвалов на карбонатном барьере, массовое замещение золотом медной проволоки и другие показывают их практическую значимость, возможность управления ими и создания на их основе новых технологий промышленного извлечения золота.

Список использованных источников

1. Наумов В.А. Аллювиально-техногенные отложения бассейна р.Чусовой //Аллювий. Пермь, 1992. С. 118-127.

2. Избеков Э.Д., Копылов Р.Н. Строение и металлоносность техногенных отложений в золотоносных долинах Якутии // Аллювий. Пермь. 1992. С. 127-135.

3. Liversidge A. On the Origin of Gold Nuggets // R.Soc.N.S.W., J. Proc. 1893. N 27. P. 303-343.

4. Boyle R. W. The Geochemistry of Gold and its Deposits // Geol. Surv. Canada Bull. 1979. N 280.

5. Cloke P.L., Kelley W.C. Solubility of Gold under Inorganic Supergene Conditions.// Econ. Geol. 1964. V. 59. N 2. P. 259-270.

6. Wilson A. F. Origin of Quartz-free Gold Nuggets and Supergene Gold Found in Laterites and Soils - a Rewiew and Some New Observations // Australian J. of Earth Sci. 1984. V. 31. N 3. P. 303-316.

7. Mann A. W. Mobility of Gold and Silver in Lateritic Weathering Profiles: some Observations from Western Australia // Econ. Geol. 1984. V. 79. N 1. p. 38-49.

8. Dominique M. Concentration of Gold in situ Laterites from Mato Grosso // Miner. Deposita. 1987. V. 22. N 3. P. 185-189.

9. Bhaskarao Rao A. Guide Horizons for Gold Mineralization in Lateritic Crusts // Chem. Geol. 1987. V.60. N 1/4. P. 293-298.

10. Freyssinet Ph., Zeegers H., Tardy Y. Morphology and Geochemistry of Gold Grains in Lateritic Profiles of Southern Mali // J. Geochem. Expl. 1989. N 3. P. 17-31.

11. Santosh M., Omana P. K., Yoshida M. Gold Grains in Laterite Weathering Profiles in Nilambur, South India and a Model for the Genesis of Supergene Gold Deposits // J. Min. Petr. Econ. Geol. 1990. V. 85. N 9. P. 416-423.

12. Наумов В. А. Особенности формирования и распределения благородных металлов в техногенных россыпях и отвалах Урала // Горный журнал. Екатеринбург, 1994. № 8. С. 39-50.

13. Наумов В. А., Наумова О. Б. О направленном формировании россыпных месторождений золота (постановка проблемы) // Важнейшие промышленные типы россыпей и месторождений кор выветривания, технология оценки и освоения. М., 1997. С. 169.

14. Кожевников М.Г. К вопросу о роли химических агентов в обогащении старых приисковых отвалов //Тр.треста"Золоторазведка". 1935. Вып.1. С.7-13.

15. Нестеренко Г.В. Прогноз золотого оруденения по россыпям (на примере районов юга Сибири). Новосибирск: Наука, 1991. 191 с.

16. Шевкаленко В.Л., Фещенко В.В., Фещенко Е.А. Морфологический анализ золота хвостов шлихообогатительной установки (ШОУ) //Интенсификация процессов добычи и переработки минерального сырья. Владивосток,1991. С.91-95.

17. Freise F.M. The transportation gold by organic underground solution//Econ. Geol.,1931. Vol.26. N 4.