- PII
- 10.31857/S0235010625040075-1
- DOI
- 10.31857/S0235010625040075
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume / Issue number 4
- Pages
- 351-364
- Abstract
- To develop economically efficient nature-inspired technologies for processing technogenic-mineral formations of sulfide deposits and rehabilitating altered territories, it is essential to understand the transformation processes of sediment composition, water, and biota interacting within waste dumps and mining excavations (mines and pits). Changes in the composition of technogenic sediments and waters under exogenous conditions are analogous to geological processes of physical-chemical weathering. Among natural processes, freezing and thawing of mineral matter are particularly important. The objective of this study is to investigate the kinetics of destruction and changes in the material composition of sulfide minerals and the resulting aqueous solutions using samples from waste dumps of the Degtyarsk deposit subjected to multiple freeze-thaw cycles. The experimental data include the decomposition of sulfides resistant to hypergenic alteration through a sequence of operations: crushing, sieving crushed dump samples into eight size fractions, and subjecting each fraction to freeze-thaw cycles between –15°C and +20°C in open containers with distilled water (3–15 cycles). In all experiments, pH, redox potential and sample mass were measured. Each fraction was analyzed before and after experiments using a benchtop X-ray diffractometer. Mineral grains were examined via scanning electron microscopy, and the chemical composition of post-experimental water was determined using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The most significant changes in sediment composition were observed in the –0.1 mm fraction, the measurement results of which are presented in this study. The maximum mass loss rate of sulfides from the Degtyarsk deposit samples reached 2% per cycle, whereas sulfides from other deposits lost up to 20% of their initial mass per cycle. The primary mass loss in the samples (more than half) was attributed to the mechanical removal of fine particles with water, while a smaller portion resulted from physical-chemical decomposition of sulfides through the formation of iron sulfate crystal hydrates, their dissolution, and carbonate dissolution. These experimental studies will serve as a foundation for building a database on sulfide behavior under cryogenic exposure and subsequently developing nature-inspired technologies for managing mineral matter transformation.
- Keywords
- промораживание оттаивание криогенный цикл сульфиды пирит окисление кинетика Дегтярское месторождение медных руд
- Date of publication
- 25.06.2025
- Year of publication
- 2025
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 14
References
- 1. Вертушков Г.Н. Подземные серноколчеданные пожары // Советская геология. 1940. № 8. С. 48–56.
- 2. Голдырев В.Н., Артемов А.Л., Заводов А.В. Преобразование сульфидов эпитермального Au-Ag месторождения Жильное в условиях криогенеза // Азимут геонаук: Материалы Всероссийской междисциплинарной молодежной научной конференции. 2023. № 3. С. 27–30.
- 3. Голдырев В.Н., Осовецкий Б.М., Наумов В.А., Артемов А.Л., Заводов А.В. Пирит эпитермального Au-Ag месторождения Жильное (Чукотский АО): морфология, стадийность образования, продукты преобразования // Отечественная геология. 2023. № 3. С. 42–56.
- 4. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: изд-во Урал. ун-та. 1991.
- 5. Макаров А.Б., Талалай А.Г., Хасанова Г.Г. Теолого-промышленные типы техногенных месторождений // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2018. № 8. С. 80–85.
- 6. Мирюк О.А. Перспективы использования отходов в технологии магнезиальных строительных материалов // Наука и мир. 2014. № 11–1 (15). С. 41–44.
- 7. Наумов В.А., Наумова О.Б. Формирование техногенно-минеральных образований – новый этап минерального развития Земли // Теология и полезные ископаемые Западного Урала. 2022. № 5 (42). С. 69–72.
- 8. Наумов В.А., Наумова О.Б., Брюхов В.Н., Голдырев В.В., Голдырев В.Н., Плюснина К.И. Природоподобные технологии на пути освоения техногенно-минеральных образований // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. 2022. № 25. С. 181–187.
- 9. Наумов В.А., Хусаинова А.Ш. А.Ш. Влияние сезонного промораживания и прогревания сульфидов на частицы золота в техногенно-минеральных образованиях // Сборник докладов Девятого международного конгресса «Цветные металлы и минералы – 2017». 2017. С. 942–951.
- 10. Петров Г.В., Бодуэн А.Я., Мардарь И.И., Иванов Б.С., Богинская А.С. Ресурсы благородных металлов в техногенных объектах горно-металлургического комплекса России // Успехи современного естествознания. 2013. № 3. С. 145–148.
- 11. Питулько В.М. Миграция химических элементов в криогенезе. Новосибирск: Наука. 1985. С. 21–40.
- 12. Птицын А.Б. Геохимические основы геотехнологии металлов в условиях мерзлоты. Новосибирск: Наука. 1992.
- 13. Птицын А.Б., Абрамова В.А., Маркович Т.И. Специфика криогеохимических процессов в зоне техногенеза // Минералогия техногенеза. 2009. № 10. С. 215–217.
- 14. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия. 1977.
- 15. Федоров С.А., Амдур А.М., Малышев А.Н., Каримова П.Ф. Обзор техногенных и вторичных золотосодержащих отходов и способы извлечения из них золота // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 11–1. С. 346–365.
- 16. Чесноков Б.В., Щербакова Е.П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна. М.: Наука. 1991.
- 17. Шадрунова И.В., Горлова О.Е., Провалов С.А. Адаптивные методы доизвлечения золота из хвостохранилищ золотоизвлекательных фабрик // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 9. С. 180–185.
- 18. Юрак В.В., Усманов А.И. Восстановление нарушенных земель в горных экосистемах // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. 15. № 4. С. 901–911.
- 19. Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A., Moliterni A., Rizzi R. EXPO software for solving crystal structures by powder diffraction data: methods and application // J. Appl. Crystallography. 2015. 48. P. 598–603.
- 20. Bennett J.W. Comarmond M.J., Jeffery J.J. Comparison of oxidation rates of sulfidic mine wastes measured in the laboratory and field. Kenmore, Australia. 2000.
- 21. Evangelou V.P., Zhang Y.L. A review: Pyrite oxidation mechanisms and acid mine drainage prevention // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 1995. 2 (25). P. 141–199.
- 22. Gleisner M., Herbert J.R.B. Sulfide mineral oxidation in freshly processed tailings: batch experiments // Journal of Geochemical Exploration. 2002. 3 (76). P. 139–153.
- 23. Komnitsas K., Xenidis A., Adam K. Oxidation of pyrite and arsenopyrite in sulphidic spoils in Lavrion // Minerals Engineering. 1995. 8. № 12. P. 1443–1454.
- 24. Lindsay M.B., Moncur M.C., Bain J.G., Jambor J.L., Ptacek C.J., Blowes D.W. Geochemical and mineralogical aspects of sulfide mine tailings // Applied Geochemistry. 2015. 57. P. 157–177.
- 25. Lottermoser B., Lottermoser B.G. Sulfidic Mine Wastes // Mine Wastes Charact. Treat. Env. Impacts. 2010. P. 43–117.
- 26. Nordstrom D.K., Southam G. Geomicrobiology of sulfide mineral oxidation, in: geometrobiology: Interactions between Microbes and Minerals // Reviews Mineralogy. 1997. 35. P. 361–390.
