CC BY
27
УДК 622. 550.4
Секисов Геннадий Валентинович Gennady Sekisov
ПОСТАНОВКА И ОБОСНОВАНИЕ ГОРНОЙ ГЕОХИМИИ КАК СМЕЖНОЙ НАУЧНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
STATEMENT AND RATIONALE FOR MINING GEOCHEMISTRY AS RELATED SCIENTIFIC DISCIPLINES
Представлен структурированный состав горной геохимии как новой научной дисциплин в составе горно-геологических наук и общей геохимии, в частности. Показаны как роль горной геохимии, так и актуальность ее формирования и развития в целях научного и практического обеспечения эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых, особенно — рудных, в современных постоянно усложняющихся социально-экономических условиях. Отмечается, что в освоение вовлекаются во всевозрастающих количествах месторождения упорных — трудноперерабатываемых руд и, прежде всего, руд металлов, а также других полезных ископаемых со существенно снижающимися во времени содержаниями в них полезных компонентов. Так за последние 25...30 лет содержание полезных компонентов в добываемых полиметаллических рудах страны снизилось в 1,7...2,5 раза. При этом повысились рассредоточенность руд и рассеянность элементов, что усложнило не только извлечение из массивов руд, но и методов их выемки и минеральной подготовки, в частности рудоподготовки.
В составе горной геохимии как научной дисциплины выделены в иерархическом аспекте и охарактеризованы составляющие ее научные субдисциплины, а в составе последних — основные научные направления
Ключевые слова: общая геохимия, геохимия, горная геохимия, аспекты, состав геохимии, состав горной геохимии, наука, научная дисциплина, научные субдисциплины, научные направления, смежные науки и научные направления
The publication presents a structured composition of the rock geochemistry as a new discipline in the composition of geological sciences and general geochemistry in particular. The role of rock geochemistry and the urgency of its formation and development to scientific and practical to ensure the effective development of deposits of solid minerals, especially — ore, in today increasingly complex social and economic conditions are shown. It is noted that in the development of ever-increasing amounts the deposits of hard reprocessed ores and, above all, metal ores and other minerals with substantially reduces the time their content of useful components are involved. So over the past 25...30 years, the content of useful components in polymetal-lic ores mined countries decreased by 1,7...2,5 times. At the same time the dispersion of ores and scattering elements improved, which not only has complicated the extraction of the arrays ores, but also the methods of their extraction and mineral preparation, in particular - the ore pretreatment.
In the content of mining geochemistry as a scientific discipline, the components of the scientific sub-discipline, as well as a part of the last — the main research areas are allocated in a hierarchical aspect and characterized.
Key words: general geochemistry, geochemistry, rock geochemistry, dimensions, composition geochemistry, rock geochemistry composition, science, scientific discipline, scientific sub-discipline, scientific directions, related studies and research areas
Необходимость выдвижения, исходного
обоснования, а в дальнейшем — последовательного формирования, развития и практического использования результатов геохимии как новой научной дисциплины горно-геологического профиля обусловлена рядом сложившихся обстоятельств в сфере минеральных производств, прежде всего:
— отработкой в значительной мере минеральных ресурсов относительно богатых по содержанию полезных компонентов;
— вовлечением в освоение (в возрастающих объемах) относительно бедных и весьма бедных техногенных месторождений полезных ископаемых (а точнее — минерального сырья);
— освоением природных месторождений руд, ранее считавшихся забалансовыми, главным образом, по уровню содержания в них полезных компонентов;
— сложным распределением полезных компонентов в массовых рудных и квазирудных месторождениях;
— невысоким и даже низким извлечением ценных компонентов из комплексных
— в отдельных случаях, и из мономинеральных руд;
— сложным сочетанием основных и сопутствующих полезных компонентов, особенно в комплексных рудах;
— отсутствием пока высокоуровневых средств и методов надлежащего геохимического обеспечения.
Предметное отражение этих факторов и сложившихся тенденций при реализации традиционных, а также при формировании и использовании инновационных горных технологий предопределяет необходимость решения проблемы современного научного обеспечения. При этом потребуется, по меньшей мере, фундаментально-прикладное научное обеспечение. Важной составляющей его должны явиться основные положения горной геохимии, выдвигаемой автором как новой смежной научной дисциплины горно-геологического профиля и содержания.
Ее материнской наукой служит общая геохимия (рис. 1), а важнейшими смежными — горно-технологические научные направления.
Геохимическая наука о типах химических элементов
ОБЩАЯ ГЕОХИМИЯ
Геохимическая наука о формах нахождения химических элементов
Геохимическая наука об изменениях состояния химических элементов
Геохимическая наука о миграции химических элементов
▼ ▼ ▼
Геохимическая наука Геохимическая наука Геохимическая наука
о распространенности о распределении химических о сочетании химических
химических элементов элементов элементов
Рис. 1. Исходный состав общей геохимии в аспекте ее интегральной предметности
Соответственно назначению предопределяется и общий объект горной геохимии.
Общим объектом горной геохимии являются химические элементы, находящиеся в массивах природных, природ-но-техногенных и собственно техногенных минеральных обоснований в целом и минеральных объектах освоения, главным образом, в месторождениях полезных ис-
копаемых, их участках, а также в рудах, квазирудах (ископаемых углях, сланцах, торфах), в минералах, в дисперсных минеральных средах.
Предметы изучения горной геохимии как горно-геологической науки — распространенность химических элементов в минеральных образованиях; распределение их в тех же образованиях; их сочетания,
миграция и некоторые другие ее предметы.
Общая цель горной геохимии — установление и изучение количественного и качественного наличия химических элементов, характера их распространения и распределения в пределах освоения месторождения или любого отрабатываемого минерального объекта, включая карьерные, шахтные и рудничные поля, отдельные минеральные тела (рудные, нерудные, квазирудные и др.), а также в пределах эксплуатационных горизонтов и блоков в минеральной массе, в карьерной рудничной и шахтной атмосфере и в их гидрогеологической сфере.
Целевые задачи предопределяются основными объективными составляющими общей цели горной геохимии, в частности, одна из актуальных целевых задач — выявление и изучение характера распределения химических элементов в пределах карьерного поля, его отдельного участка, эксплу-тационного горизонта и даже отдельного его блока.
Следует отметить, что химические элементы рудных месторождений характеризуются весьма различным условием распределения: от относительно равномерного до крайне неравномерного.
В частности, относительно равномерное распределение элементов (коэффициент вариации 20... 50) присуще некоторым месторождениям руд черных металлов, и крайне неравномерное (коэффициент вариации до 380) — месторождениям руд редких металлов, например, месторождениям ртутных руд, и особенно — редкоземельных элементов.
Согласно закону, открытому В.И. Вернадским, в каждом природном минеральном образовании содержатся все химические элементы [1]. Данное явление именуется всеобщим рассеянием.
Исходя из этого, можно выделить следующие общие категории распределения компонентов в минеральных образованиях (главным образом, — в месторождениях твердых полезных ископаемых, но не только твердых).
I. Химические элементы рассеянного состояния.
II. Химические элементы квази-со-средоточенного состояния.
III. Химические элементы в состоянии различной степени концентрации.
IV. Химические элементы сложного состояния распределения.
Следует отметить, что существует количественная оценка концентрированного и рассеянного состояния элементов, которая основана на использовании показателя — «кларк концентрации» (Кк), определяемого как отношение содержания химического элемента в определенном минеральном образовании (или минеральном объекте) Сх.э к его кларку Ск :
Кк= С / С . (1)
х.э 'к 4 '
Преобладающим в пригородных минеральных образованиях является рассеянное состояние химических элементов, особенно — металлов и их соединений.
В аспекте непосредственных объектов изучения состав горной геохимии может быть представлен на данном этапе несколькими важными научными субдисциплинами (рис. 2).
Предметом горной «типизационной геохимии» как научной субдисциплины определяется иерархическая системно-комплексная систематизация, количественная и качественная оценка химических элементов в составе различных минеральных образований — реальных и потенциальных, а также осваиваемых минеральных образований.
Причем, «типизационная» горная геохимия — это, своего рода, пилотная научная субдисциплина, выделяемая в составе горной геохимии, предметом изучения которой является полиаспектная (объемная, а не плоскостная) иерархическая типизация химических элементов.
При этом, материнскую минеральную среду могут представить массивы (или их части) горных пород и полезных ископаемых (руд, ископаемого угля), отдельную от массива, или добытую, подготавливаемую к переработке и перерабатываемую минеральную (в частности — рудную) массу.
Горная геохимия распределения как научная субдисциплина своим предметом
имеет распределение химических элемен- процессов добычных, горноподготовитель-
тов (главным образом, металлов и их сое- ных и минеральноподготовленных работ,
динений) в пределах минеральных объек- первичной и конечной переработки — ми-тов освоения, разработки, технологических нерального сырья.
ГОРНАЯ ГЕОХИМИЯ
Горная геохимия типизации элементов
Горная геохимия распространенности элементов
Горная геохимия состояния элементов
Горная геохимия миграции элементов
Горная геохимия сочетания элементов
, г Горная геохимия распределения элементов
Горная геохимия форм нахождения элементов
Рис. 2. Исходный состав горной геохимии (как своего рода общей научной дисциплины) в аспекте ее основных научных субдисциплин
Предмет научной субдисциплины «горная геохимия распространения» — установление, изучение и пилотная оценка распространения химических элементов в пределах: доразведуемого, лицензируемого и осваиваемого месторождения полезных ископаемых полей, их горизонтов и рабочих зон, свиты минеральных залежей и отдельных крупных минеральных тел.
Горная геохимия состояния элементов, будучи (на первых этапах своего формирования и развития) научной субдисциплиной, своим основным предметом имеет установление, изучение и оценку физико-химического состояния элементов, а также прогнозирования возможного его изменения. Причем это реально не только на этапах освоения месторождения, но и после его освоения — в смежных с ним зонах, которые могут стать потенциальными минеральными объектами освоения в ближайшем будущем.
Данная субдисциплина имеет большое значение, особенно для установления, выделения, дифференцированной выемки, подготовки и переработки соответствующих технологических типов и сортов минерального сырья.
Горная геохимия движения элементов (предстает как, своего рода, «мигра-
ционная горная геохимия»). Её общий предмет — выявление и изучение закономерностей (а в целом — особенностей) миграции компонентов как в природных (геологических), так и техногенных естественных минеральных образований, обуславливающих их концентрацию и рассеивание во времени и пространстве.
С позиций общего назначения и в аспекте стадийности минеральных производств состав общей геохимии (как относительно широкой научной дисциплины) возможно представить следующими научными субдисциплинами:
I. Горная геохимия выявления и формирования минеральных объектов освоения.
II. Горная геохимия технологических процессов добычи минерального сырья.
III. Горная геохимия минеральной подготовки.
IV. Горная геохимия первичной переработки минерального сырья.
V. Горная геохимия минеральной подготовки и переработки полуфабрикатов.
Кроме того, в собственно составляющий общей геохимии — «физической геохимии», возможно выделить, формировать, развивать и использовать результаты
научной субдисциплины «горнофизическая геохимия» (или, по крайней мере, как научного направления).
Следует отметить, что большой вклад в формирование и развитие базиса физической геохимии внесли выдающиеся ученые — А.Е. Ферсман [2], A.A. Сауков, В.Л. Барсуков, Л.Н. Овчинников и др.
Основной предмет горнофизической геохимии — выделение и изучение особенностей физико-химических условий и процессов образования химических элементов, их соединений и реализация их при обосновании и формировании иерархии минеральных объектов освоения, разработке месторождений (прежде всего, при основных процессах добычи), минеральной подготовке и переработке твердоминерального сырья.
По своему уровню фундаментальности горная геохимия может подразделяться на три основные категории: фундаментальная, фундаментально-прикладная и собственно прикладная горные горнохимические науки.
Объектами прикладной горной геохимии является также техногенные и при-родно-техногенные геохимические явления
и процессы — физико-химические, биогеохимические и даже механические, обусловленные минерально-производственной деятельностью.
Данное научное направление в составе горной геохимии целесообразно наименовать горно-техногенной геохимией.
Следует отметить, что горно-техногенных проявлений при освоении различных минеральных объектов множество, что предопределяет необходимость устанавливать и использовать рациональные организационно-технологические средства и методы добычи и переработки минерального сырья, особенно редкометального и редкоземельного.
По мере формирования и развития горной геохимии как научной дисциплины и ее субдисциплин будут формироваться научные направления и научные поднаправ-ления.
В качестве научных направлений горной геохимии на современном этапе целесообразно выделить ряд серий. В аспекте типов основных химических элементов (или полезных компонентов) как объектов научных направлений такая серия представлена в таблице.
Научные направления, выделяемые в составе горной геохимии (как междисциплинарной горно-геологической науки)
№ п/п Основные научные дисциплины Главные научные направления научных субдисциплин
А Горная геохимия (Г Гх) благородных металлов I. Горная геохимия (Г Г) золотоносных минеральных образований и золотосодержащих ^ р х объектов
II. ГрГх платиноносных минеральных образований и платиносодержащих объектов
III. Г Г сереброносных и серебросодержащих минеральных образований и объектов р х
IV. ГГ. золото-серебряных минеральных образований и объектов р х
V ГГ. сложнокомплексных благороднометальных образований и объектов р х
Б Горная геохимия (ГрГх) цветных металлов I. ГГ. свинцовоносных и свинецсодержащих минеральных образований и объектов р х
II. Г Г цинковоносных и цинкосодержащих минеральных образований и объектов р х
III. ГрГх свинцово-цинковых минеральных образований и объектов
IV. Г Г меденосных и медьсодержащих минеральных образований и объектов р х
V. Г Г цветных полиметальных (комплексных) минеральных образований и объектов р х
VI. Г Г сложнокомплексных цвет- и благороднометальных образований и объектов р х
VII. ГрГх легких цветных металлов (А1, Мд и др.) минеральных образований и объектов
Окончание таблицы
№ п/п Основные научные дисциплины Главные научные направления научных субдисциплин
В Горная геохимия (ГрГх) редких металлов I. ГрГх. вольфрамовых минеральных образований и объектов
II. Г Г молибденовых минеральных образований и объектов р х
III. Г Г ванадиевых минеральных образований и объектов р х
IV. ГрГх висмутовых минеральных образований и объектов
V. Г Г тантало-ниобиевых минеральных образований и объектов р х
VI. Г Г литиево-бериллиевых минеральных образований и объектов р х
VII. Г Г цериевых минеральных образований р х
Г Горная геохимия редкоземельных элементов I. Г Г химических элементов иттериевой горной группы в минеральных объектах осво- р х ения
II. Г Г химических элементов собственно редкоземельной группы в минеральных объ- р х ектах освоения
Д Горная геохимия радиоактивных элементов I. ГрГх урановой группы и минеральных объектах освоения
II. Г Г ториевой группы радиоактивных элементов в минеральных объектах освоения р х
Е Горная геохимия черных металлов I. ГрГх железа в минеральных объектах освоения
II. ГрГх хрома в минеральных объектах освоения
III. Г Г марганца в минеральных объектах освоения р х
IV. Г Г железосодержащих комплексных минеральных образований - объектов освое- р х ния
V. ГрГх титана в минеральных объектах освоения
Ж Горная геохимия рассеянных элементов (спутников) I. Г Г рассеянных элементов, не образующих собственные минералы р х
II. Г Гх рассеянных элементов, образующих собственные минералы в различных минеральных объектах
Таким образом, выдвигаемая и обновляемая автором новая научная дисциплина — «горная геохимия», а также выделяемые в ее составе на данном этапе научные субдисциплины и научные направления представлены как весьма важные и актуальные составляющие не только горных наук, но как смежно — общегеологических, физико-географических, геохимических и неко-
торых других смежных наук. Необходимо привлечь ученых и специалистов к формированию, развитию, предметному приложению и реализации результатов функционирования новой науки, каковой должна стать горная геохимия в современных условиях научного обеспечения минеральных производств.
Литература-
1. Вернадский В.И. Избранные сочинения. Т. 1-5. М., 1954-60.
2. Ферсман А.Е. Избранные труды. Т. 1-7. М., 1952-62.
3. Геохимия. Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1986. Т. 2. С. 92.
4. Мельников Н.В. Горная наука (задачи в связи с развитием промышленности). М.: Недра, 1964.
5. Агошков М.И. Классификация горных наук / / Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. М.: МГГУ. 1993. С. 23-30.
6. Ржевский В.В. Горные науки. М.: Недра,
1985.
7. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли; под. ред. К.Н. Трубецкого. М.: Академия горных наук, 1997. 478 с.
8. Пучков Л.А. О структуре горных наук // Горный журнал. 1995. № 7. С. 22-27.
9. Секисов Г.В. Современный состав наук о Земле и актуальность их развития в Восточно-Российском регионе // Вестник ЗабГУ. 2014. № 3. С. 39-48.
10. Секисов Г.В. Классификационное развитие состава горных наук // Вестник ЗабГУ. 2014. № 7. С. 39-48.
11. Секисов Г.В. Горнотехнологическая геология как новое научное направление в составе горной геологии // Вестник ЗабГУ. 2015. № 7. С. 20-27.
12. Геохимия. Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1986. Т. 2 С. 19-22.
_References
1. Vernadsky V.I. Izbrannye sochineniya [Selected Works]. Vol. 1-5. Moscow, 1954-60.
2. Fersman A.E. Izbrannye trudy [Selected Works]. Vol. 1-7. Moscow, 1952-62.
3. Geohimiya. Gornaya entsiklopediya [Geochemistry. Mining Encyclopedia]. Moscow: Soviet Encyclopedia, 1986. Vol. 2. P. 92.
4. Melnikov N.V. Gornaya nauka (zadachi v svyazi s razvitiem promyshlennosti) [Mining Sciences (task in connection with the development of the industry) ]. Moscow: Nedra, 1964.
5. Agoshkov M.I. Klassifikatsiya gornyh nauk [Classification of Mining Sciences]: Actual problems of field development and utilization of mineral resources. Moscow: Moscow State Mining University. 1993. pp. 23-30.
6. Rzhevsky V.V. Gornye nauki [Mining Sciences]. Moscow: Nedra, 1985.
7. Gornye nauki. Osvoenie i sohranenie nedr Zemli [Mining Sciences. Development and conservation of the Earth's interior]; under the. Ed. K.N. Trubetskoy. Moscow: The Academy of Mining Science, 1997.478 p.
8. Puchkov L.A. Gorny zhurnal (Mining Journal), 1995, no. 7, pp. 22-27.
9. Sekisov G.V. Vestn. Zab.Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2014, no. 3, pp. 3948.
10. Sekisov G.V. Vestn. Zab.Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2014, no. 7, pp. 3948.
11. Sekisov G.V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 7, pp. 2027.
12. Geohimiya. Gornaya entsiklopediya [Geochemistry. Mining Encyclopedia]. Moscow: Soviet Encyclopedia, 1986. Vol. 2. P. 19-22.
Коротко об авторе _
Секисов Г.В., д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, чл.-корр. HAH KP, зав. лабораторией, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Россия alexsoboll@m ail. ru
Научные интересы: науки о Земле; горные науки, научные дисциплины и направления; горные технологии; минералопользование и недропользование
_ Briefly about the author
G. Sekisov, doctor of technical sciences, professor, Honored Scientist of Russian Federation, corresponding member of National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, head of laboratory, Mining Institute of Far Eastern branch, Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia
Scientific interests: Earth Sciences; mountain science, scientific disciplines and directions; mining technologies; mineral and subsoil utilization
