nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2025-48-4-418-429HBPPXInznistu-447Research ArticleСтатьиСовременное минералообразование и термодинамическое моделирование процессов формирования вторичных концентраций в шламовых водах хранилища хвостов золотоизвлекающей фабрикиModern mineral formation and thermodynamic modeling of secondary concentration formation processes in sludge waters of a gold concentration plant tailings dumphttps://orcid.org/0009-0009-7301-7720ПоповаН. А.PopovaN. A.

Попова Наталья Анатольевна, аспирант, Институт цветных металлов 

г. Красноярск 

Natalia A. Popova, Postgraduate Student, School of Non-Ferrous Metals 

Krasnoyarsk 

knyazhenika25@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-5971-8070МакаровВ. А.MakarovV. A.

Макаров Владимир Александрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии месторождений и методики разведки, Институт цветных металлов 

г. Красноярск 

Vladimir A. Makarov, Dr. Sci. (Geol. & Mineral.), Professor, Head of the Department of Deposit Geology and Exploration Methods, School of Non-Ferrous Metals 

Krasnoyarsk 

vmakarov58s@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6075-968XЛобастовБ. М.LobastovB. M.

Лобастов Борис Михайлович, старший преподаватель кафедры геологии, минералогии и петрографии, Институт цветных металлов 

г. Красноярск

Boris M. Lobastov, Senior Lecturer of the Department of Geology, Mineralogy and Petrography, School of Non-Ferrous Metals

Krasnoyarsk 

lbm02@ya.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation202516042026484418429Copyright © Попова Н.А., Макаров В.А., Лобастов Б.М., 20262026Попова Н.А., Макаров В.А., Лобастов Б.М.Popova N.A., Makarov V.A., Lobastov B.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/447

Целью проведенного исследования являлось рассмотрение особенностей минерального состава золотосодержащих отходов фабрики. Материал хвостов представлен преимущественно тонкодисперсной, пылеватой фракцией. По своему строению толща накопленных хвостов напоминает слоеный пирог: выделяются три горизонта разного состава, образовавшихся при переработке в различные годы окисленных, смешанных и коренных (сульфидных) руд. Из рудных минералов в отложениях хвостохранилища чаще всего встречаются пирротин, арсенопирит, пирит, стибнит, магнетит и гидроксиды железа. Кроме того, отмечаются самородный висмут, самородное золото, сульфиды висмута и теллура, шеелит, вторичные минералы сурьмы и мышьяка (валентинит, трипугиит, скородит). Изучен состав оборотных вод и илов хвостохранилища. Установлена изменчивость химизма оборотных вод хвостохранилища по вертикали. Резкая изменчивость состава вод отмечается на глубине 6–8 м. С целью изучения направленности и скорости протекания процессов растворения и осаждения вещества в жидкой фазе хвостохранилища выполнены натурные эксперименты. В ходе экспериментов в оборотные шламовые воды на различные глубины помещались образцы минералов и техногенных материалов: резина, сера, ртутная амальгама на меди, медь, сталь, графит, самородное золото в кварце, пирит и пирротин, арсенопирит, которые устанавливались и извлекались партиями с экспозицией 1, 2 и 3 месяца. По результатам экспериментов выявлены следы травления самородного золота и разнообразный спектр новообразованных минеральных фаз – гипс, гидроокислы железа, скородит, цианиды железа и марганца, сульфаты и тиоцианаты меди и другие. Для физико-химического моделирования гипергенных процессов, протекающих в шламовых водах хвостохранилища, был выбран программный комплекс «Селектор-Windows», снабженный системой встроенных баз термодинамических данных и модулем формирования моделей различной сложности и архитектуры. В результате выполненного термодинамического моделирования рассчитаны параметры и направленность техногенных процессов, протекающих в хвостах обогащения, определены элементный и ионный составы, Еh-pH параметры формирующихся растворов, кристаллизующиеся минералы и их ассоциации, а также предложен механизм вторичных концентраций золота в илистой фракции хвостов.

The article deals with the features of mineral composition of gold-bearing waste from the gold concentration plant. The tailings material consists primarily of a finely dispersed, silty fraction. The structure of the accumulated tailings resembles a layered pie: three horizons of different compositions are distinguished. They were formed during the processing of mixed, and primary (sulfide) ores oxidized in different years. The most common ore minerals in the tailings dump deposits are pyrrhotite, arsenopyrite, pyrite, stibnite, magnetite, and iron hydroxides. In addition, native bismuth, native gold, bismuth and tellurium sulfides, scheelite, and secondary antimony and arsenic minerals (valentinite, tripugiite, and scorodite) are also noted.The composition of the tailings dump’s recirculating water and sludge was studied. Vertical variability in the chemical composition of the tailings storage facility’s recycled waters was established. Sharp variability in water composition is observed at depths of 6–8 meters. To study the direction and rate of dissolution and precipitation of substances in the liquid phase of the tailings dump field experiments were conducted. During the experiments, samples of minerals and man-made materials including rubber, sulfur, mercury amalgam on copper, copper, steel, graphite, native gold in quartz, pyrite and pyrrhotite, arsenopyrite were placed in recycled sludge water at various depths to be extracted in batches with the exposure times of 1, 2, and 3 months. The experiment revealed the etching traces of native gold and a diverse range of newly formed mineral phases including gypsum, iron hydroxides, scorodite, iron and manganese cyanides, copper sulfates and thiocyanates, and others. The Selector-Windows software package was selected for physicochemical modeling of the hypergene processes occurring in the tailings sludge waters. The Selector-Windows software package features a system of built-in thermodynamic databases and a module for generating models of varying complexity and architecture. Performed thermodynamic modeling using the software package allowed the authors to calculate the parameters and direction of technogenic processes occurring in the concentration tailings, determine the elemental and ionic composition, Еh-pH parameters of forming solutions, crystallizing minerals, and their associations as well as to propose a mechanism for secondary gold concentrations in the silt fraction of tailings.

экспериментальная минералогиязолоторудное месторождениехвостохранилищетехногенные месторождениязолотоизвлекающая фабрикатермодинамическое моделированиепрограммный комплекс «Селектор»вторичные концентрации золотаexperimental mineralogygold deposittailings dumptechnogenic depositsgold concentration plantthermodynamic modelingSelector software packagesecondary concentrations of goldReferencesМакаров В.А., Брагин В.И., Малыхин Е.В. Минералого-геохимические особенности хвостов обогащения золотых руд Олимпиадинского ГОКа и оценка возможности их повторной переработки // Цветные металлы и минералы: сборник докладов IХ Международного конгресса (г. Красноярск, 11–15 сентября 2017 г.). Красноярск: ООО «Научно-инновационный центр», 2017. С. 834–840. EDN: ZSKMBX.Makarov V.A., Bragin V.I., Malykhin E.V. Mineralogical-geochemical features and recycling assessment of gold ore processing tailings at Olimpiadinkii mining and processing plant. In: Non-ferrous metals and minerals: collected papers from the 9th International Congress. 11–15 September 2017, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk: OOO “Nauchno-innovacionnyj centr”; 2017, р. 834-840. (In Russ.). EDN: ZSKMBX.Брагин В.И., Макаров В.А., Усманова Н.Ф., Самородский П.Н., Лобастов Б.М., Вашлаев А.И. Минералогические исследования техногенного сырья хвостохранилища перерабатывающей фабрики // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019. № 1. С. 163–171. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20190118. EDN: HIMEEC.Bragin V.I., Makarov V.A., Usmanova N.F., Samorodskii P.N., Lobastov B.M., Vashlaev A.I. Mineralogical examination of gold processing plant tailings. Journal of Mining Science. 2019;1:163-171. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/FTPRPI20190118. EDN: HIMEEC.Алексеенко А.В., Алексеенко В.А. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. 388 с. EDN: TTOXIV.Alekseenko A.V., Alekseenko V.A. Chemical elements in geochemical systems. Soil clarkes of residential landscapes. Rostov-na-Donu: Southern Federal University; 2013, 388 р. (In Russ.). EDN: UMUAVB.Абрамова В.А., Паршин А.В., Будяк А.Е. Физико-химическое моделирование влияния соединений азота на протекание геохимических процессов в криолитозоне // Криосфера Земли. 2015. Т. 19. № 3. С. 32–37. EDN: UMUAVB.Abramova V.A., Parshin A.V., Budyak A.E. Physical and chemical modeling of the influence of nitrogen compounds on the course of geochemical processes in the cryolithozone. Earth’s Cryosphere. 2015;19(3):32-37. (In Russ.). EDN: UMUAVB.Зарецкий М.В., Горбатова Е.А., Ожогина Е.Г. Оценка минерально-сырьевого потенциала техногенного сырья // Технологическая минералогия природных и техногенных месторождений: сборник статей IX Российского семинара по технологической минералогии (г. Петрозаводск, 22–24 апреля 2014 г.). Петрозаводск: Изд-во КарНЦ РАН, 2015. С. 30–35. EDN: VPRDKD.Zaretskii M.V., Gorbatova E.A., Ozhogina E.G. Assessment of mineral resource potential of technogenic raw materials. In: Technological mineralogy of natural and technogenic deposits: collected articles of the 9th Russian seminar on technological mineralogy. 22–24 April 2014, Petrozavodsk. Petrozavodsk: Karelian Research Centre of the RAS; 2015, р. 30-35. (In Russ.). EDN: VPRDKD.Меретуков М.А., Рудаков В.В., Злобин М.Н. Геотехнологические исследования для извлечения золота из минерального и техногенного сырья. М.: Горная книга, 2011. 438 с.Meretukov M.A., Rudakov V.V., Zlobin M.N. Geotechnological studies for gold recovery from mineral and manmade raw materials. Moscow: Gornaya kniga; 2011, 438 p. (In Russ.).Наумов В.А. Особенности формирования и распределения благородных металлов в техногенных россыпях и отвалах Урала // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 1994. № 8. С. 39–50.Naumov V.A. Features of precious metals formation and distribution in Ural man-made placers and dumps. Minerals and Mining Engineering. 1994;8:39-50. (In Russ.).Карпов И.К., Киселев А.И., Летников Ф.А. Моделирование природного минералообразования на ЭВМ. М.: Недра, 1976. 256 с.Karpov I.K., Kiselev A.I., Letnikov F.A. Computer simulation of natural mineral formation. Moscow: Nedra; 1976, 256 p. (In Russ.).Зверева В.П., Фролов К.Р., Лысенко А.И. Химические реакции и условия минералообразования на хвостохранилищах Дальнего Востока России // Горные науки и технологии. 2021. Т. 6. № 3. С. 181–191. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-3-181-191. EDN: QXULHH.Zvereva V.P., Frolov K.R., Lysenko A.I. Chemical reactions and conditions of mineral formation at tailings storage facilities of the Russian Far East. Mining Science and Technology. 2021;6(3):181-191. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-3-181-191. EDN: QXULHH.Abramova V.A., Ptitsyn A.P., Budyak A.E., Ptitsyn A.P. Geoinformation modeling of sulfide frost weathering in the area of Udokan deposit // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. Iss. 3. P. 591–597. https://doi.org/10.1134/S1062739117032559.Abramova V.A., Ptitsyn A.P., Budyak A.E., Ptitsyn A.P. Geoinformation modeling of sulfide frost weathering in the area of Udokan deposit. Journal of Mining Science. 2017;53(3):591-597. https://doi.org/10.1134/S1062739117032559.Еремин О.В., Винниченко С.В., Юргенсон Г.А. Оценка стандартных потенциалов Гиббса сульфатов меди при помощи задач линейного программирования // Вестник отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук Российской академии наук. 2006. № 1. С. 19–20.Eremin O.V., Vinnichenko S.V., Yurgenson G.A. Evaluation of standard Gibbs potentials of copper sulfates using linear programming problems. Vestnik otdeleniya geologii, geofiziki, geohimii i gornyh nauk Rossijskoj akademii nauk. 2006;1:19-20. (In Russ.).Johnson J.V., Oelkers E.H., Helgeson H.C. SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000 °C // Computers & Geosciences. 1992. Vol. 18. P. 899–947. https://doi.org/10.1016/0098-3004(92)90029-Q.Johnson J.V., Oelkers E.H., Helgeson H.C. SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000 °C. Computers & Geosciences. 1992;18:899-947. https://doi.org/10.1016/0098-3004(92)90029-Q.Kulik D.I., Dmitrieva S.V., Chudnenko K.V., Karpov I.K., Sinitsyn V.A., Aja S.U., et al. User’s manual for Selector-A: monograph. Brooklyn – Kiev, 1997. 270 p.Kulik D.I., Dmitrieva S.V., Chudnenko K.V., Karpov I.K., Sinitsyn V.A., Aja S.U., et al. User’s manual for Selector-A: monograph. Brooklyn-Kiev; 1997, 270 p.Shock E.L. SUPCRT 1992–1998 Database. Режим доступа: http://geopig.asu.edu/sites/default/files/slop98.dat. (дата обращения: 27.09.2025).Shock E. SUPCRT 1992–1998 Database. Available from: http://geopig.asu.edu/sites/default/files/slop98.dat. [Accessed 27th September 2025].Tanger J.C., Helgeson H.C. Calculation of the thermodynamic and transport properties of aqueous species at high pressures and temperatures: Revised equations of state for the standard partial molal properties of ions and electrolytes // American Journal of Science. 1988. Vol. 288. P. 19–98.Tanger J.C., Helgeson H.C. Calculation of the thermodynamic and transport properties of aqueous species at high pressures and temperatures: Revised equations of state for the standard partial molal properties of ions and electrolytes. American Journal of Science. 1988;288:19-98.Еремин О.В. Расчет стандартных потенциалов Гиббса для комплексных сульфатов // Труды II Всерос. симпозиума с междунар. участием и VIII Всерос. чтений памяти акад. А.Е. Ферсмана: тез. докл. (г. Чита, 24–27 ноября 2008 г.). Чита: Изд-во ЗабГГПУ им. Н. Г. Чернышевского, 2008. С. 98–99. EDN: RTKWER.Eremin O.V. The calculation of Gibbs standard potentials for complex sulfates. In: Proceedings of the 2nd All-Russian Symposium with International Participation and the 8th All-Russian Readings in Memory of the Academician A.E. Fersman: abstracts of reports. 24–27 November 2008, Chita. Chita: Zabaikalsky State Humanitarian and Pedagogical University Rankings; 2008, p. 98-99. (In Russ.). EDN: RTKWER.Еремин О.В., Эпова Е.С., Русаль О.С., Бычинский В.А. Расчёт стандартных термодинамических потенциалов Cs-содержащих цеолитов // Труды Всерос. ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (г. Москва, 19–20 апреля 2016 г.). М.: Изд-во ГЕОХИ РАН, 2016. С. 155–156. EDN: YMNLZJ.Eremin O.V., Epova E.S., Rusal’ O.S., Bychinskii V.A. Calculation of standard thermodynamic potentials of Cs-containing zeolites. In: Proceedings of the All-Russian annual seminar on experimental mineralogy, petrology and geochemistry. 19–20 April 2016, Moscow. Moscow: Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, RAS; 2016, р. 155-156. (In Russ.). EDN: YMNLZJ.Бектурганов Н.С., Гоголь Д.Б., Бисенгалиева М.Р., Мукушева А.С., Койжанова А.К., Осиповская Л.Л. Расчет термодинамических свойств комплексов золота и серебра смешанного состава // Журнал неорганической химии. 2014. Т. 59. № 4. С. 492. https://doi.org/10.7868/S0044457X14040035. EDN: RXFNSD.Bekturganov N.S., Gogol’ D.B., Bisengalieva M.R., Mukusheva A.S., Koizhanova A.K., Osipovskaya L.L. Calculation of thermodynamic properties of gold and silver complexes of mixed composition. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2014;59(4):492. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0044457X14040035. EDN: RXFNSD.Хорн Р. Морская химия (структура воды и химия гидросферы) / пер. с англ. Ю.П. Алешко-Ожевского, Г.Н. Батурина; ред. А.М. Блоха. М.: Мир, 1972. 400 с.Horne R. Marine chemistry: The structure of water and the chemistry of the hydrosphere; 1969, 400 p. (Russ. еd.: Morskaya himiya (struktura vody i himiya gidrosfery). Moscow: Mir; 1972, 400 р.).La Brooy S.R., Linge H.G., Walker G.S. Review of gold extraction from ores // Minerals Engineering. 1994. Vol. 7. Iss. 10. P. 1213–1241. https://doi.org/10.1016/0892-6875(94)90114-7.La Brooy S.R., Linge H.G., Walker G.S. Review of gold extraction from ores. Minerals Engineering. 1994;7(10):1213- 1241. https://doi.org/10.1016/0892-6875(94)90114-7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.