WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Белянин Дмитрий Константинович РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И МЕХАНИЗМЫ КОНЦЕНТРАЦИИ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И МИКРОПРИМЕСЕЙ В ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ РУДАХ ГАЙОТА ЛАМОНТ (ТИХИЙ ОКЕАН) 25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН и Новосибирском государственном университете.

Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук Жмодик Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Лапухов Александр Сергеевич доктор геолого-минералогических наук, профессор Рихванов Леонид Петрович

Ведущая организация: Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск

Защита состоится 26 октября 2009 г. в 15 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 003.067.03 при Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, 3.

Факс: (383) 333-27-92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГМ СО РАН Автореферат разослан 25 сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор геол.-мин. yаук О.М. Туркина Введение.

Актуальность исследования. На сегодняшний день накопление Pt в океанических железомарганцевых рудах рассматривается как экзотическое явление, поскольку известно, что е концентрации в морской воде и поровых растворах крайне низки. Кроме того, не понятен механизм селективного концентрирования Pt в железомарганцевых образованиях, неясно, что является источником металла, слабо изучены пространственное распределение и формы нахождения благородных металлов в конкрециях и корках. В последние годы внимание ученых акцентируется на необходимости детального исследования парадоксальных минеральных ассоциаций микро- и наноминеральных фаз [Богатиков О.А., 2003]. С применением современных аналитических методов и, прежде всего, методов локального анализа, предоставляется возможность получать совершенно новую информацию об условиях формирования железомарганцевых руд, формах нахождения и распределении рудных элементов в конкрециях [Аникеева Л.И. и др., 2002; Рудашевский Н.С. и др., 2001; Батурин Г.Н., 1986]. Как показывает обобщение и анализ современных данных, концентрирование металлов железомарганцевым веществом может происходить в результате соосаждения, сорбционного, окислительно-восстановительного и биохимического процессов, а источником вещества могут служить морская вода, эманации и потоки гидротермальных флюидов, эоловая и космическая пыль. Однако роль процесса, определяющего возникновение высоких концентраций элементов, и прежде всего платины, в конкрециях и корках, по-прежнему во многом непонятна. В последние годы появились работы, доказывающие на основании методов электронной микроскопии, что формирование железомарганцевых руд и накопление в них Fe и Mn происходит благодаря жизнедеятельности микроорганизмов [Brooks R.R., 1992;

Villalobos M. et al., 2005; Hochella M.F., Madden A.S., 2005], хотя одно из первых сообщений о биогенной природе железомарганцевых образований было сделано в середине прошлого века [Заварзин Г.А., 2003].

Данная работа направлена на выяснение распределения, форм нахождения и механизмов концентрирования благородных металлов и редких и примесных элементов в океанических железомарганцевых конкрециях – потенциальных рудах XXI века, что определяет актуальность исследований.

Цель работы – определение механизмов концентрирования и роли различных факторов, влияющих на поглощение благородных металлов океаническими железомарганцевыми конкрециями.

Задачи: 1) Экспериментальное моделирование сорбционного и биохимического процессов поглощения платины и золота веществом железомарганцевых руд; 2) изучение закономерностей распределения U и Co в железомарганцевых конкрециях (ЖМК) с помощью современных методов анализа; 3) установление влияния глубины образования железомарганцевых руд на концентрацию в них благородных металлов, редкоземельных и микроэлементов, на примере ЖМК гайота Ламонт;

4) экспериментальное исследование связи благородных металлов (Pt, Pd, Rh) с гидроксидами Fe и Mn в океанических железомарганцевых рудах методом кислотной обработки.

Фактический материал. В основу диссертации положены результаты изучения коллекции океанических железомарганцевых руд, представленных железомарганцевыми конкрециями, которая была любезно предоставлена главным научным сотрудником Института геологии и минералогии СО РАН д.г.-м.н., проф. В.Н. Шараповым, участвовавшим в восьмом рейсе НИС «Академик Виноградов» в 1986 году. Железомарганцевые руды (конкреции) характеризуют два района Тихого океана – гайот Ламонт и рудную провинцию Кларион-Клиппертон. Кроме того, несколько образцов конкреций, представляющих район Магелановых гор, были предоставлены главным научным сотрудником Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН д.г.-м.н. Г.Н. Батуриным.

Распределение содержания 45 элементов в железомарганцевых конкрециях гайота Ламонт основывается на выборке из 188 определений выполненных методами элементного анализа: химико-атомноабсорбционным, РФА СИ и ИСП-МС. Пространственное распределение элементов в срезах конкреций (13 препаратов) было изучено авторадиографическими методами (165 -авторадиограмм, 5220 замеров содержания урана), РФА СИ (1220 замеров) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). В трх экспериментах исследовалось взаимодействие вещества железомарганцевых конкреций (6 препаратов, 28 проб) и выявленных в них микроорганизмов (15 колоний) с растворами, содержащими платину и золото. Используемые металлы были мечены радиоизотопами (метод радиоизотопных индикаторов), что позволило в дальнейшем фиксировать распределение элементов на всех стадиях экспериментов, во всех минералах, веществах и материалах; методами спектрометрии и -авторадиографии (22 авторадиограммы); были определены активности (концентрации благородных металлов) растворов, микроорганизмов и тврдых фаз. Сочетание данных авторадиографии и сканирующей электронной микроскопии (125 снимков) позволило исследовать наиболее интересные фрагменты образцов на микро- и наноуровне. С целью оценки формы вхождения элементов платиной группы (Pt, Pd, Rh) в железомарганцевые руды были проведены эксперименты по выщелачиванию железомарганцевых оболочек конкреций с последующим расчетом баланса элементов на основании данных химикоатомно-абсорбционного анализа и СЭМ.

Научная новизна.

1) Впервые получены данные о распределении 19 элементов, в том числе Pt, Rh, Ag, Hg, I, Sn, Te, Tl, Y, Nb, Ta, Hf, Zr, Dy, Er, Gd, Ho, Lu, Pr, в океанических железо-марганцевых рудах гайота Ламонт (образцы с станций драгирования (гл. 1250-3600 м)). Выявлены корреляционные связи этих элементов между собой и с глубиной залегания руд.

2) Установлено селективное извлечение платины из морской воды колониями микрогрибов (микрогрибы класса Deuteromycetes, рода Penicillium, подсекции Lanata). На основании комплексного исследования был предположен биохимический механизм концентрирования платины, в основе которого решающая роль в накоплении платины железомарганцевыми конкрециями принадлежит заселяющим их микроорганизмам.

3) Комплексное исследование на основе методов авторадиографии и электронной микроскопии позволило выявить периодичность в распределении урана, кобальта и никеля в срезе ЖМК. По данным сканирующей электронной микроскопии установлено как минимум две формы нахождения урана, молибдена, свинца: рассеянная (сорбированная гидроксидами либо органическим веществом) и минеральная (микрочастицы самородных или оксидных минералов).

4) Применение локального сканирования (с шагом 0,1 мм) методом РФА СИ, в сочетании с авторадиографическими данными, позволило выявить значительную неравномерность распределения K, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pb, Th в срезе конкреций, свидетельствующую о нестабильности условий формирования океанических железомарганцевых руд.

5) На основании результатов выщелачивания порошков железомарганцевых руд гайота Ламонт и поля Кларион-Клиппертон показано преимущественное (более 95 %) нахождение платины в легкорастворимой форме в железомарганцевых оболочках.

Практическая значимость.

1) Данные о биохимическом накоплении и селективном извлечении Pt микроорганизмами из морской воды в процессе формирования железомарганцевых руд могут быть использованы в технологических процессах извлечения и очистки платины.

2) Результаты о распределении Pt и металлов ЖМК, сформировавшихся на различных глубинах гайота Ламонт, позволяют обосновывать выделение батиметрических уровней с железомарганцевыми рудами, наиболее обогащнными платиной.

3) Данные о локальном распределении урана и кобальта в ЖМК могут быть использованы для оценки их скорости роста и возраста, а также в палеоклиматических реконструкциях.

Основные защищаемые положения.

1. Океанические железомарганцевые конкреции гайота Ламонт могут рассматриваться как новый нетрадиционный тип платинового оруденения и характеризуются высокими концентрациями платины и серебра, при низких концентрациях родия, палладия и золота.

2. Неравномерное концентрически-зональное распределение рассеянной формы урана и кобальта и других элементов, выявленное в рудной оболочке конкреций, и обособления минеральных фаз в виде микрочастиц, свидетельствует о нестационарных условиях формирования железомарганцевых руд, дискретном поступлении металлов в период роста конкреций и их частичном перераспределении.

3. Комплексные исследования механизмов накопления благородных металлов железомарганцевыми конкреционными рудами свидетельствуют о важной роли селективного биохимического способа концентрирования в них платины, и других элементов: марганца, никеля, кобальта, меди, – формирующих рудную оболочку.

Апробация работы. Фактический материал, методологические подходы и выводы по теме диссертации опубликованы в 1 статье журнала, рекомендуемого ВАК, в 3 статях в сборниках, в 5 сборниках материалов конференций и в 5 тезисах докладов. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: XLII Международная научная студенческая конференция “Студент и научно-технический прогресс” (Новосибирск, 2004); Вторая Сибирская международная конференция молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2004);

Научная конференция “Благородные и редкие металлы Сибири и Дальнего Востока: рудообразующие системы месторождений и комплексы добычи руд” (Иркутск, 2005); Международная научная конференция посвященная 100-летию со дня рождения академика К.И. Лукашева (Минск, 2007); II International Conference “Biosphere Origin and Evolution” (Lutraki, Greece. 2007); XVII International Synchrotron Radiation Conference SR-2008 (Novosibirsk, Russia. 2008).

Объм и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Содержит 130 страниц текста, 291 таблиц, 48 иллюстраций, список литературы включает 80 наименования.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.-м.н. С. М. Жмодику, за постоянное внимание, поддержку и помощь. За предоставленную коллекцию образцов автор благодарит д.г.-м.н., проф. В.Н. Шарапова и д.г.-м.н. Г.Н. Батурина (ИО РАН, Москва). За конструктивную критику, рекомендации и ценные советы автор признателен д.г.-м.н., проф. В.М. Гавшину, Г.Р. Колонину, М.П. Мазурову, А.С. Лапухову, В.Н. Шарапову, д.г.-м.н. А.С. Борисенко, Ю.А. Калинину, К.Р. Ковалеву, Н.А. Рослякову, В.А. Симонову, О.М. Туркиной, к.г.-м.н. Е.В. Айриянц, В.А. Боброву, Н.В. Верховцевой, Ю.В. Лаптеву, Г.А. Третьякову, а так же О.М. Бобрик, О.Н.

Киселвой, М.В. Кириллову, Н.А. Немировской, К.Б. Розову, Е.В. Солобоевой. За помощь в проведении экспериментальных и аналитических работ автор сердечно благодарит д.б.н., проф. Б.Б. Намсараева (ИОЭБ СО РАН, Улан-Удэ), Т.В. Теплякову (ГНЦ ВБ «Вектор», Новосибирск), к.б.н. Е.В. Лаврентьеву (ИОЭБ СО РАН, Улан-Удэ), к.г.-м.н.

Л.В. Агафонова, А.А. Богуш, Е.В. Лазареву, А.Т. Титова, к.ф.-м.н.

М.А. Федорина, к.х.н. В.Г. Цимбалист, а так же Н.В. Ищук, Ю.П. Колмогорова, Ю.И. Маликова, В.С. Пархоменко, С.Т. Шестеля. Работа выполнена в рамках приоритетного направления НИР ИГМ СО РАН при финансовой поддержке РФФИ (проекты 06-05-64957, 06-05-64933, 05-05-97208), Президиума Сибирского отделения РАН (интеграционные проекты 10, 29, 83, 96 и 199), Совета по грантам при президенте РФ по поддержке ведущих научных школ (НШ-5736.2008.5) и Отделения наук о Земле РАН: ОНЗ-5 и Программа “Происхождение и эволюция биосферы”.

Глава 1. Методы исследования В главе приводится описание пробоподготовки и краткая характеристика использованных методов исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач был применн широкий спектр как традиционных так и современных методов исследования вещества: метод химико-атомно-абсорбционного анализа (ААА), рентген-флуоресцентный анализ (РФА), инструментальный нейтронноактивационный анализ (ИНАА), методы (n, f)- и (n, )авторадиографии, рентген-флуоресцентный анализ с синхротронным излучением (РФА СИ), масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Экспериментальные исследования проводились с использованием методов радиоизотопных индикаторов, спектрометрии и -авторадиографии. Эксперименты по выщелачиванию железомарганцевых оболочек конкреций проводились с использованием 2М раствора NH2OH HCl в 25 % уксусной кислоте с последующим расчетом баланса элементов на основании данных химикоатомно-абсорбционного анализа и СЭМ.

Глава 2. Состояние изученности океанических железомарганцевых руд В главе представлены общие сведения об основных этапах исследования океанических железомарганцевых руд.

В настоящее время в большинстве регионов океана завершен этап региональных исследований Fe-Mn руд, сделан выбор наиболее перспективных объектов, ведутся поисковые и поисково-разведочные работы. У России есть лицензии на разведку и эксплуатацию железомарганцевых конкреций как в пределах распространения абиссальных конкреций, так по районам океанических корок подводных гор.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»