TECHNOGENIC MINERAL FORMATIONS AND WATERS OF SOME DEPOSITS IN NORTHERN ITALY

ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ВОДЫ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРНОЙ ИТАЛИИ

Научная статья

Наумов В.А.¹, Фиоруччи А.², Брюхов В.Н.³, Голдырев В.В.⁴, Мовзитова К.И.^5, *, Фетисов В.В. ⁶

^{1, 3, 4, 5, 6} Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета, Пермь, Россия;

² Туринский Политехнический университет, Турин, Италия

* Корреспондирующий автор (ksyumovzitova[at]mail.ru)

Аннотация

Показаны основные черты геологического строения и вещественных комплексов Северной Италии, изученные в рамках проекта по проведению исследований благороднометальной минерализации техногоенно-минеральных образований Международной исследовательской группы Пермского края. Рассмотрены процессы техногенеза и техногеогенеза, характерные для техногенно-минеральных образований и технологических вод. Получены  экспериментальные данные по осаждению и укрупнению частиц нанозолота из растворов на угли, которые служат основой для разработки технологий освоения гидроминерального сырья, образующегося из технологических вод в пределах золотоносных техногенно-минеральных образований.

Ключевые слова: микро- и нанозолото, сорбция золота на углях, техногенно-минеральные образования.

TECHNOGENIC MINERAL FORMATIONS AND WATERS OF SOME DEPOSITS IN NORTHERN ITALY

Research article

Naumov V.A.¹, Fiorucci A.², Bryukhov V.N.³, Goldyrev V.V.⁴, Movzitova K.I.^5, *, Fetisov V.V.⁶

^{1, 3, 4, 5, 6} Institute of Natural Sciences, Perm State National Research University, Perm, Russia;

² Polytechnic University of Turin, Turin, Italy

* Corresponding author (ksyumovzitova[at]mail.ru)

Abstract

The basic features of the geological structure and material complexes of Northern Italy are shown in the paper. They were studied under the project in conducting research on the noble metal mineralization of technogenic and mineral formations of the International Perm Group of the Perm Region. The authors considered the processes of technogenesis and technogeogenesis, which are typical for technogenic and mineral formations and process waters. Experimental data were obtained on the deposition and enlargement of nanogold particles from solutions on coals, which are the basis for the development of technologies for the development of hydromineral raw materials generated from industrial waters within gold-bearing technogenic and mineral formations.

Keywords: micro- and nanogold, sorption of gold on coals, technogenic-mineral formations.

Геологическое строение северной Италии обусловлено условиями формирования вещественных комплексов Альпийской покровно-складчатой системы Средиземноморского орогенно-скаладчатого пояса. В Альпах  – это пакет тектонических покровов чехла, представленных отложениями, в основном карбонатными и глинистыми, пассивной окраины Евразии, от пермских до эоценовых. Центральная мегазона Альп соответствует океанскому бассейну Западного Тетиса. Океанская кора мегазоны представлена  офиолитами. Они перекрыты толщей черных сланцев, которые в результате метаморфизма преобразованы в «блестящие сланцы». На них залегает мел-нижнепалеогеновый флиш. Все четыре элемента строения мегазоны – континентальный субстрат, офиолиты, «блестящие сланцы» и флиш образуют самостоятельные тектонические покровы [1] с ограниченным развитием интрузивных образований [2].

Для ранней стадии альпийского этапа тектогенеза характерны медно-колчеданные месторождения, для поздней, орогенной, стадии — скарновые и гидротермальные месторождения руд вольфрама и молибдена, золота, свинца и цинка, медно-порфировые месторождения. Среди осадочных формаций альпид находятся крупные месторождения Средиземноморской бокситоносной провинции, встречаются осадочные месторождения железа и марганца. Среди терригенно-карбонатных комплексов северной Италии выявлены месторождения строительных материалов, мрамора, гранита, травертина. С эндогенными породами связаны месторождения самородной серы, ртути, пирита; имеются золотоносные и полиметаллические объекты, небольшие месторождения железной руды и др. [3]. Добыча железа ведется уже 2700 лет и сейчас сохранилась лишь в Аосте, Траверселле и на острове Эльба [4].

Разработка месторождений ведет к образованию техногенных отвалов, или техногенно-минеральных образований (ТМО; technogenic-mineral formations – TMF), изменению состава поверхностных и подземных вод, экологической ситуации в регионах, где располагаются месторождения. Идеология и алгоритмы изучения ТМО складываются из понимания, знания и учета процессов техногенеза и техногеогенеза. Техногенез рассматривается как «техническая деятельность человека, вооруженного техникой» или «геологический процесс, связанный с технической деятельностью человека, вооруженного техникой» [5]. Техногеогенез – геологический процесс, протекающий в техногенных осадках, образовавшихся в результате отработки месторождений [6] и представляющий собой процесс взаимодействия лито-, гидро-, атмо- и биосферы в продуктах технической деятельности человека или ТМО [7].

На формирование ТМО влияют следующие факторы: 1) геология  месторождения (генетического типа, первичных форм нахождения полезных компонентов, минералого-петрографической  характеристики первичного вещества и его химического состава); 2) технология разработки и технологическая схема отработки месторождения; 3) система формирования техногенных отвалов; 4) процессы последующего преобразования вещественного состава ТМО и изменение химического состава технологических вод. В процессе взаимодействия пород с водой она растворяет полезные компоненты, изменяет свой состав и может быть оценена как гидроминеральное сырье для последующего извлечения полезных компонентов.

Проект международной исследовательской группы Пермского края «Разработка природоподобной технологии формирования концентраций полезных компонентов внутри техногенных отвалов» направлен на изучение данных проблем с целью вторичного использования техногенных отвалов, технологических вод и минимизации неблагоприятных последствий для окружающей среды. Исследования в рамках проекта проводятся второй год. В рамках проекта было организовано два курса лекций в Пермском университете, выездные семинары в Туринском политехническом университете.

Практическая реализация проекта выполнена на техногенных объектах Северной Италии и России. В Северной Италии оценены техногенные объекты Южных Альп (регионы Пьемонт и Аоста). Объект исследования  2018 года – скарновое железорудное месторождение «Плутон Траверселла», отработанное в интересах автомобильной фирмы «Фиат». Оно расположено в п. Траверселла в провинции г. Турина, находящийся к западу от моренного амфитеатра Ивреа, на въезде в Валь-Киуселла.

«Плутон Траверселла» (см. рисунок 1) – позднеорогенное магматическое образование, состоящее из кварцевого диорита. Плутон контактирует с метаморфическим комплексом, состоящим из гнейсов и слюдяных сланцев. Контактный ореол представлен биотитовыми и андалузитовыми гнейсами. Основным рудным минералом был магнетит, встречались шеелит, уранинит-торифера, пирит и халькопирит, в меньшем количестве – кобальтит и молибденит [8]. После отработки части месторождения осталась железорудная штольня, ТМО не сохранились.

Нами проведено опробование коренных пород в пределах штольни, отобраны образцы разных рудных минералов, взяты пробы воды, дренирующей рудную и околорудную зоны, а также «пустые» вмещающие породы. При визуальном изучении материала установлено большое количество окисленного, под воздействием процессов техногеогенеза,  пирита и других сульфидов. По данным анализов сульфиды являются слабозолотоносными. В этой связи по аналогии с изученными Уральскими объектами можно ожидать, что происходит высвобождение тонкого и связанного золота из сульфидов и дальнейшая его миграция вместе с рудничными водами.

Осенью 2019 года были изучены ТМО разработки месторождения рудника Chamousira кварц-золоторудной формации (см. рисунок 1). Объект находится вблизи муниципалитета Бруссон, расположеного в центре региона Валлед’Аоста. Разрабатывали золото-кварцевые жилы, которые пересекли гнейсовые и слюдяные сланцы, развитые в этом районе. Жила Fenilliaz, одна из крупнейших, эксплуатировавшаяся на семи уровнях, имела среднюю мощность от 60 до 80 см. Другие жилы, такие как жила Сперанцы имела среднюю мощность 30 см, жила Гаэ-Бьянче имела большую мощность, но более сложное строение [8].

В северных регионах Италии горнорудная промышленность и, следовательно, ТМО развиты слабо. Это связано со слабой рудоносностью пород, а также с тем, что потенциально  перспективные на редкие и благородные металлы отвалы  используют как сырье для строительных нужд. Подобные объекты расположены в южной Италии (Сардиния, Сицилия), где  сейчас ведется разработка полиметалических и золоторудных месторождений. Объекты распространения ТМО являются первоочередными объектами изучения.

ТМО, содержащие благородные  металлы в твердой фазе, детально изучены геологами Пермского государственного национального исследовательского университета на золото- и платиносодержащих отвалах месторождений России (Урала и Сибири) [9], Канады и других территорий. Техногеогенное преобразование вещества в ТМО приводит к разрушению минеральных фаз, высвобождению золота и других элементов, миграции и концентрации благородных металлов внутри ТМО.

Рис. 1 – Вырезка из тектонической схемы Альп [10] с указанием мест изучения ТМО Северной Италии

Другим перспективным направлением использования ТМО является извлечение металлов из жидкой фазы, которая при определенных условиях представляет собой гидроминеральное сырье, и в то же время является источником, влияющим на изменение состава окружающей среды. Большое внимание в последние годы уделяется вопросам химического [11], [12], [13], биологического [15], [16], [17] высвобождения и осаждения золота из природных и техногенных вод в виде наночастиц золота [18], [19].

При взаимодействии сорбентов и технологической воды возможно физическое поглощение или обмен ионов редкоземельных элементов [20], благородных металлов и золота (см. рисунок 2). Физическое поглощение на углях обеспечивает восстановление ионов золота на их поверхности в виде металлических частичек размером от 100 нм до микронных пленок. При введении специализированных сорбентов происходит направленный ионный обмен и насыщение сорбента ионами золота [21].

Рис. 2 – Принципиальная схема физической сорбции (А) и ионного обмена (Б) золота из технологических растворов

Рис. 3 – Экспериментальные данные восстановления золотоносных фаз в виде шарообразных агрегатов единичных кристаллитов (А), кристаллов (Б), цепочечных агрегатов шарообразных кристаллитов на разных участках поверхности (В, Г) частицы угля

Нами проведены лабораторные эксперименты  по осаждению золота из обогащенных золотом технологических вод и определению форм  нахождения частиц золота на углях [22], [23], [24]. Они показали, что процесс восстановления золота на сорбентах технически исполним, и может быть экономически выгоден. Установлено, что сорбированные частицы золота имеют вид округлых агрегатов первичных кристаллитов  размером в несколько микрометров (иногда десятки микрометров). Кристаллиты представлены восстановленными до металла наночастицами золота с минимальным размером 30-70 нм. Они образуют округлые агрегаты (сростки) золота со средним размером 300-600 нм. Соседние агрегаты составляют цепочки, островки и пленки золота микронного размера. Некоторые пленки золота имеют толщину до нескольких десятков микрон и формируют «каркасные» и «массивные» покрытия поверхности частиц угля (см. рисунок 3). Таким образом, экспериментальные исследования доказывают принципиальную техническую возможность практического использования технологических вод в составе ТМО для извлечения благородных металлов.

Выводы

1. Геологические особенности Северной Италии, выявленные и отработанные месторождения, показывают ограниченное распространение ТМО и необходимость их практического использования.
2. Российская идеология изучения процессов техногенеза и техногеогенеза, направленная на более полное извлечение твердых полезных ископаемых и извлечение металлов из формируемых в ТМО технологических вод может быть использовано на территории Италии.
3. Результаты экспериментов подтверждают [21], [22], [23] основную последовательность осаждения золота из золотоносных растворов, как поэтапный процесс с постепенным укрупнением первичных агрегатов нанозолота до размера микрочастиц.
4. Процесс осаждения и укрупнения золота на углях служит основой для разработки технологий освоения гидроминерального сырья, образующегося из технологических вод в пределах золотоносных ТМО.
5. Последующее использование ионообменных материалов, может повысить рентабельность отработки гидроминеральной составляющей ТМО.