МЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
Контрольные вопросы
Рис. 66. Схема вторичной зональности при окислении сульфидно-настурановых месторождений (зона окисления слюдкового типа).
Рис. 62. Схема соотношения измененной части рудного тела и зон циркуляции приповерхностных вод среди пород равной проницаемости (разрез поперек речной долины).
ЭНДОГЕННЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ГИПЕРГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
Контрольные вопросы
1. Изучите образцы руд и вмещающих горных пород одного из месторождений силикатно-никелевого типа. Продумайте, из каких зон взяты образцы для коллекций, расположите их согласно зональности.
2. Какой цвет имеют чистые минералы глинозема: бемит, диаспор, гидрар-гилит. Почему бокситы часто имеют розовый, бурый или красный цвет.
3. Почему по интрузивным кислым породам не образуются высококачественные бокситы.
4. На эрозионную поверхность докембрия были выведены железистые кварциты и контактирующие с ними кварцево-серицитовые сланцы. Какого типа руды возникли в коре выветривания этих пород.
5. Благоприятен ли для образования крупных месторождений бокситов остаточного типа высокогорный рельеф.
6. Что такое асболан, в каком виде находится в нем кобальт.
7. Охарактеризуйте наиболее благоприятные климатические условия для возникновения продуктов кор выветривания остаточного типа.
8. Перечислите виды полезных ископаемых, возникающих в коре выветривания ультраосновных пород, основных пород, щелочных, железистых кварцитов, филлитов.
Общие сведения. Для развития зоны окисления сульфидных и других эндогенных месторождений имеют значение климат, геоморфологические условия, состав руд и свойства вмещающих пород. Наиболее интенсивно сульфидные руды окисляются в условиях влажного тропического климата, менее интенсивно – в умеренном климате, очень слабо – в сухих пустынных и высокогорных полярных областях. В условиях сглаженного рельефа окисление происходит интенсивнее, чем при резком расчлененном рельефе. Состав руд и боковых пород, их проницаемость для поверхностных вод, структура месторождений и условия залегания рудных тел – важные факторы развития зоны окисления. Трещиноватые и пористые руды окисляются более интенсивно. Наличие в окисляющихся рудах пирита приводит к образованию серной кислоты, которая способствует разрушению других сульфидов. Расположение рудных тел в зонах контактов различных пород облегчает развитие процессов окисления; наоборот, залегание рудного тела под водонепроницаемыми породами, препятствующими доступу вод к рудному телу, может затруднить развитие зоны окисления.
Основные агенты окисления рудных месторождений – поверхностная вода, кислород, углекислота, серная кислота. При этом главное действие на руду оказывает не столько сама вода, сколько растворенные в ней свободный кислород и кислоты.
Вследствие просачивания поверхностных вод, изменения их химического состава и постепенного развития процессов окисления и выщелачивания строение зоны окисления на всю ее глубину оказывается неоднородным. В области циркуляции поверхностных вод выделяются три зоны: просачивания, активного водообмена и застойных вод. Зоне просачивания соответствует измененная часть рудных тел, зоне застойных вод – неизмененная часть рудных тел; в зоне водообмена в телах неизмененных полезных ископаемых обычно встречаются измененные участки, а также скопления вторичного переотложенного материала (рис. 62).
Гидродинамические зоны: 1 – просачивания (аэрации), 2 – водообмена, 3 – застойных вод. Рудные зоны:А – окисления, Б – вторичного обогащения, В – первичных руд. Подзоны: а – окисленных руд, б – выщелоченных руд, в – богатых окисленных
В зоне окисления выделяются четыре подзоны: поверхностный слой, подзона окисленных руд, подзона окисленных выщелоченных руд и подзона богатых окисленных руд. Нижняя граница зоны окисления обычно неровная и часто не совпадает с уровнем грунтовых вод в связи с его колебаниями. В зоне окисления все сульфиды неустойчивы и превращаются в сульфаты. При этом растворимые сульфаты выносятся.
Ниже зоны окисления образуется зона вторичного обогащения или цементации. Некоторые металлы (медь, серебро, уран) выносятся из зоны окисления руд и переотлагаются в зоне цементации. Формирование этой зоны связано с недостатком в ней кислорода, в связи с чем создаются восстановительные условия и из сульфатных растворов при отсутствии свободного кислорода выпадают такие минералы, как халькозин, ковеллин, аргентит, регенерированные урановые черни и другие. Образующиеся вторичные сульфиды и другие минералы обогащают данную зону и как бы «цементируют» первичные образования. Поэтому эта зона и называется зоной цементации. Глубина распространения зоны вторичного обогащения значительна и на некоторых месторождениях достигает 400–500 м от поверхности. Зона вторичного обогащения имеет важное промышленное значение на штокверковых медно-порфировых месторождениях.
Зона окисления сульфидных залежей развивается постепенно, в несколько стадий. В начальной стадии первичные минералы только начинают изменяться. Новообразований бывает мало, и они представлены главным образом сульфатами, частично оксидами и гидроксидами. На средней стадии окисления вторичные минералы преобладают над первичными, но в рудах сохраняются наиболее устойчивые сульфиды.
В окисленном материале преобладают оксиды, карбонаты, силикаты. На конечной стадии все сульфиды (кроме киновари) исчезают, а количество сульфатов становится незначительным. Весь материал зоны окисления сложен конечными продуктами разложения.
В окисленных рудах возникают псевдоморфные текстуры (массивные, пятнистые, полосчатые, вкрапленные, прожилковые), каркасные (ящичные, губчатые), остаточные (землистые, шлаковидные, брекчиевые), переотложенные (колломорфные, корковые, полосчатые, натечные, рыхлопорошковые). В поверхностной зоне над сульфидными залежами возникают отрицательные формы рельефа. Детальное изучение окисленных руд (остаточных первичных минералов, каркасных текстур и др.) необходимо для оценки оруденения, скрытого на глубине.
Поведение железа в зоне окисления. В сульфидных рудах основными минералами железа являются пирит, марказит, пирротин. Окисление пирита и марказита происходит по следующей схеме:
2FeS2 + 7O2 + Н2O→2FeSO4 + 2Н2SO4;
12FeSO4 +6Н2О + 3О2→4Fe2(SO4) + 4Fe(OH)3,
В дальнейшем сульфат Fe3+ в слабокислых или нейтральных растворах гидролизуется, переходит в гидроксид железа в виде гелей и дает начало образованию гидроксидов железа:
Fe2(SO4)3 + 6Н2O↔Fe(OH)3 + 3Н2SO4;
4Fe(OH)3 = 3Fe2О3•3Н2О + 3Н2О.
В.В. Щербина приводит для железа такую последовательность минеральных превращений:
пирит→мелантерит→фибросферрит→ярозит→лимонит (2Fe2О3 × 3Н2O).
В результате окисления верхние части колчеданных залежей превращаются в железные шляпы.
Образующийся при окислении пирита сульфат Fe3+ в свою очередь оказывает воздействие на пирит, что приводит к выделению серы:
FeS2 +Fe2(SO4)3 = 3FeSO4 + 2S.
За счет окисления серы образуется серная кислота или SO2. Пирротин является наиболее легко разлагаемым сульфидом FeS + 2O2 = FeSO4 плюс небольшое количество свободной серной кислоты. Закисный сульфат железа FeSO4 в дальнейшем претерпевает изменение до Fe2(SO4)3, а последний, гидролизуясь, дает гидроксид железа и серную кислоту, т. е. процесс протекает аналогично окислению пирита.
В некоторых условиях пирротин подвергается дисульфидизации, т. е. замещается мельниковитом, марказитом, реже пиритом. Этот процесс происходит в том случае, когда при окислении пирротина образуется достаточное количество H2S.
Окисление халькопирита и борнита протекает аналогично пириту.
При окислении арсенопирита образуется скородит:
2FeAsS + 6H2O + 7O2 = 2[FeAsO4•2H2О] + H2SO4.
Карбонаты железа в зоне окисления легко разрушаются.
Окисление сидерита происходит по следующей реакции:
4FeCO3 + 6Н2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 4СO2.
В результате окисления сидеритовых рудных залежей образуются настоящие железные шляпы.
Гематит в зоне окисления, как правило, устойчив. Но при наличии в рудах обильного окисляющегося пирита гематит может превращаться в гидроксиды железа.
Магнетит также устойчив в зоне окисления. Однако нередко наблюдается его мартитизация (замещение гематитом), а при наличии пирита он превращается в гидроксиды.
Таким образом, превращение минералов железа в зоне окисления можно представить в следующем виде: железосодержащий сульфид (или другой минерал)→FeSO4→Fe2(SO4)3→Fe(OH)3→лимонит.
Сульфаты железа легко растворимы в воде и выносятся из зоны окисления. Часть железа может мигрировать также в виде гидрозоля Fe(OH)3. При определенных условиях может осуществляться почти полный вынос железа из зоны окисления. Однако очень часто железо в значительных количествах сохраняется в зоне окисления в виде гидроксидов, ярозита, скородита и других минералов.
Зона окисления никель-кобальтовых месторождений. Наиболее распространенными первичными минералами никеля и кобальта являются сульфиды (пентландит (Ni, Fe)9S8, миллерит NiS, линнеит Co3S4, карролит Cu(Co, Ni)2S4 и др.), сульфоарсениды (кобальтин CoAsS, глаукодот (Со, Fe)AsS, герсдорфит NiAsS) и арсениды (никелин NiAs, шмальтин (Со, Ni)As3-2, хлоантит (Ni, Co)As3-2, саффлорит (Со, Fe)As2, раммельсбергит NiAs2 и др.).
Все перечисленные минералы в зоне гипергенеза неустойчивы и разрушаются. При окислении судьфидов образуются сульфаты (NiSO4, CoSO4, FeSO4, CuSO4), которые хорошо растворимы, что в определенных условиях может привести к полному выносу металлов при сохранении лишь небольших количеств гидроксидов железа. Однако следует заметить, что зона окисления месторождения кобальтоносных медистых песчаников Центральной Африки богата сферокобальтитом СоСО3 и асболаном kМnО•MnO2•mCoO•nН2O, которые имеют промышленное значение.
Более сложным является окисление сульфоарсенидных и арсенидных руд никеля и кобальта. В результате окисления возникают разнообразные вторичные минералы. Наиболее распространенными являются ар-сенаты никеля (аннабергит Ni3(AsO4)2•8Н2O) и кобальта эритрин Co3(AsO4)2•8Н2O). Минералогия окисленных Ni-Co-арсенидных руд детально изучена на месторождении Хову-Аксы (Тува), где установлена следующая последовательность образования гипергенных минералов: сульфаты→арсенаты→карбонаты→гидроксиды. Главными минералами, в которых фиксируется кобальт, являются эритрин, гетерогенит 2СоО3•nН2О и асболан. Реже встречаются сферокобальтит, биберит CoSO4•7Н2O,розелит Ca2Co[AsO4]2•2Н2O.
Таким образом, при окислении сульфидных руд никель и кобальт могут мигрировать и рассеиваться, а при окислении арсенидных руд они остаются в зоне окисления преимущественно в виде арсенатов и некоторых других минералов.
Зона окисления молибденовых месторождений. Главный промышленный минерал молибдена – молибденит – в зоне окисления разлагается и замещается молибдитом и повеллитом. Молибдит образуется при разложении молибденита в кислой среде в результате взаимодействия появляющихся при этом сульфатов железа и молибдена:
2MoS2 + 9O2 + 2Н2O = 2(МоО2•SO4) + 2Н2SO4;
4Fe(OH)3 + 6МоО2•SO4 + 15Н2O↔2(Fe2О3•3МоО3•7,5Н2O) + 6Н2SO4.
молибдит
В условиях карбонатной среды вместо молибдита образуется повеллит:
Са(НСО3)2 + МоО2•SO4 = СаМоО4 + Н2SO4 + 2СО2.
повеллит
Если в окисляющихся рудах содержится свинец, то может образоваться вульфенит:
2МоО2•SO4 +O2 + 2РbO + 2Н2O = 2РЬМоО4 + 2Н2SO4.
Таким образом, при окислении молибденитовых руд молибден фиксируется во вторичных минералах. Однако Ф.В. Чухровым описаны случаи выщелачивания и миграции молибдена из зоны окисления, которые возможны в условиях кислой среды, при отсутствии осадителей (карбонатных пород и вод), при длительном развитии процессов окисления. Такие условия имеют место в Центральном Казахстане.
Зона окисления вольфрамовых месторождений. Промышленными минералами вольфрама являются вольфрамит (Fe, Mn)WO4, гюбнерит (Mn, Fe)WO4, ферберит FeWO4 и шеелит CaWO4. Все перечисленные минералы в зоне гипергенеза устойчивы, перемещаются механическим путем и могут накапливаться в россыпях. Лишь при длительном окислении эти минералы разрушаются и покрываются коричневато-желтыми налетами тунгстита WO3•nH2O и ферритунгстита Fe2O3•WO3•6H2O. Известны и другие гипергенные минералы вольфрама, но они встречаются редко.
Зона окисления медных месторождений. Первичные сульфиды меди, обычно сопровождающиеся сульфидами железа, в зоне окисления неустойчивы, разлагаются и возникает хорошо выраженная зона окисленных руд, особенно на медно-колчеданных и штокверковых месторождениях. Окисление халькопирита происходит по следующей схеме:
CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4.
После образования сульфата окиси железа процесс окисления халькопирита ускоряется, причем часто образуется и самородная сера:
CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 = CuSO4 + 5FeSO4 + 2S.
Иногда окисление халькопирита протекает с образованием серной кислоты и сернистого ангидрида.
Сульфат меди хорошо растворим в воде, и медь мигрирует из зоны окисления. Однако при взаимодействии сульфата меди с жильными минералами руд и вмещающими породами образуются малахит, азурит, хризоколла и многие другие гипергенные минералы зоны окисления. И все же значительная часть меди выносится в зону водообмена, где из раствора выпадают вторичные сульфиды (халькозин, ковеллин, борнит) и возникает зона вторичного обогащения. Образование вторичных сульфидов в зоне цементации происходит по схеме:
5CuFeS2 + 11CuSO4 + 8Н2O = 8Cu2S + 2FeSO4 + 8H2SO4;
халькозин
CuFeS2 + CuSO4 = 2CuS + FeSO4;
ковеллин
5FeS2 + 14CuSO4 + 12H2O = 7Cu2S + 5FeSO4 + 12H2SO4;
FeS + CuSO4 = CuS + FeSO4.
Таким образом, в верхних частях меднорудных залежей возникает классическая вертикальная зональность. У поверхности располагается подзона окисленных руд. Ниже находится подзона выщелоченных руд, еще ниже – зона вторичного сульфидного обогащения, а затем первичные руды.
Зона вторичного обогащения особенно ценная в промышленном отношении оказывается на штокверковых медно-порфировых месторождениях (рис. 63). Содержание меди в рудах зоны вторичного обогащения в 2–3 раза (и более) выше, чем в бедной прожилково-вкрапленной первичной руде. Глубина распространения руд зоны обогащения на месторождениях этого типа достигает 400–450 м и более.
Хорошо проявлена зона вторичного сульфидного обогащения и на медноколчеданных месторождениях. Так, на месторождениях Урала верхняя часть зоны окисления выражена гидроксидами железа (железная шляпа). Ниже следует подзона ярозита, затем подзона выщелачивания (баритовая и пиритовая сыпучка) небольшой мощности, под которой располагается зона вторичного сульфидного обогащения, а еще ниже первичные сульфидные руды. Таким образом, в зоне гипергенеза медь обладает высокой миграционной способностью, что приводит к образованию хорошо выраженных зон окисления и вторичного сульфидного обогащения.
Рис. 63. Схематический геологический разрез месторождения Коунрад:
1 – окисленные и выщелоченные руды; 2 – промышленные руды зоны вторичного сульфидного обогащения; 3 – непромышленные первичные (гидротермальные) руды
Зона окисления свинцово-цинковых месторождений.Основным минералом свинца является галенит PbS. В рудах часто, но в небольших количествах встречаются сульфосоли свинца. Главным минералом цинка является сфалерит ZnS. Оба указанных минерала в зоне гипергенеза неустойчивы и достаточно легко окисляются. При окислении галенита образуется англезит (PbS + O2 = PbSO4), который обладает весьма малой растворимостью. Но в условиях карбонатной среды англезит неустойчив и замещается церусситом:
PbSO4 + СO2 + Н2O = РbСО3 + H2SO4
или
2PbSO4 + Са(НСO3)2 = 2РbСО3 + CaSO4 + H2SO4.
Общая цепь изменения сводится к следующему: галенит→англезит→церуссит. Церуссит весьма устойчив и дает значительные скопления. Он может замещаться также пироморфитом Рb5С1[РO4]3, ванадинитом Pb5Cl[VO4]3 и другими минералами. Кроме того, в зоне окисления свинцовых месторождений встречаются плюмбоярозит PbFe6(OH)12[SO4]4, вульфенит РbМоO4, миметезит PbCl[AsO4]3, бедантит PbFe3(OH)6[SO4][AsO4] и другие гипергенные минералы.
Таким образом, свинец в зоне окисления является малоподвижным элементом. Однако при наличии кислых растворов, характерных для начальных и средних стадий окисления колчеданно-полиметаллических руд, свинец может мигрировать и переотлагаться в виде церуссита и плюмбоярозита.
Окисление сфалерита происходит по схеме:
ZnS + 2O2 = ZnSO4
или
ZnS + Fe2 (SO4)3 = ZnSO4 + 2FeSO4 + S.
Сульфат цинка обладает большой растворимостью и, в отличие от англезита, легко выносится. Высокая миграционная способность цинка приводит к его выносу из зоны окисления и рассеиванию, что резко отличает цинк от свинца, с которым он теснейшим образом связан в зоне первичных сульфидных руд. Особенно интенсивно выносится цинк из силикатной среды. В условиях же карбонатной среды сульфат цинка взаимодействует с карбонатами и образуется смитсонит:
МеСO3 + ZnSO4 = ZnCO3 + MeSO4.
Скопления смитсонита часто образуются вне контуров первичного рудного тела, нередко в лежачем его боку (рис. 64). Кроме смитсонита в зоне окисления полиметаллических руд образуются каламин Zn4(OH)2(Si2O7)•Н2O, гидроцинкит Zn5(OH)6(CO3)2, адамин Zn2(OH)[AsO4] и др.
Рис. 64. Схематический разрез, иллюстрирующий соотношение окисленных свинцовых и цинковых руд месторождения Турлан (Южный Казахстан):
1 – известняк; 2 – брекчия оседания; 3 – окисленные свинцовые руды; 4 – окисленные цинковые руды
Зона окисления оловорудных месторождений.Главным промышленным минералом олова является касситерит SnO2. Меньшее значение имеет станнин Cu2FeSnS4 и совсем небольшое другие сульфостаннаты: тиллит PbSnS2, франкеит Pb5Sn3Sb2S11, цилиндрит Pb3Sn4Sb2S14 и др. В зоне гипергенеза касситерит – один из самых устойчивых минералов, накапливается в россыпях, которые являются главным источником получения олова в зарубежных странах.
Сульфостаннаты в зоне окисления неустойчивы. Процесс окисления станнина можно представить в такой схеме:
2Cu2FeSnS4 + 17O2 + 4Н2O = 4CuSO4 + 2FeSO4 + H2SO4 + 2H2SnO3.
Образующаяся при этом метаоловянная кислота дает коллоидный раствор, быстро коагулирующий. Возникающий гель H2SnO3 при последующей дегидратации дает супергенный касситерит.
В касситерит-сульфидных рудах Н.К. Маршуковой и А.Б. Павловским выявлены и описаны такие гипергенные минералы олова, как гидростаннаты с формулой MeSn(OH)6, где Me может быть представлен двухвалентным железом, цинком, кальцием, медью и минералами группы варламовитов с широкими вариациями в их составе железа, олова и воды. Указанные гипергенные минералы олова развиваются непосредственно по станнину, что свидетельствует о слабой миграции олова в гипергенном процессе.
Зона окисления сурьмяных месторождений.Главный минерал сурьмы – антимонит, который в поверхностных условиях окисляется с образованием сульфата сурьмы: Sb2S3 + 6O2 = Sb2(SO4)3. Сульфат сурьмы весьма неустойчив и гидролизуется с образованием оксидов сурьмы – сервантита Sb2O4, стибиоконита Sb2O4•nH2O и в меньшей мере – валентинита Sb2O4, кермезита Sb2S2O и других, дающих нередко тонкие смеси, псевдоморфно замещающие антимонит.
При окислении буланжерита Pb5Sb4S11 и тетраэдрита Cu3SbS3 образуются вторичные минералы свинца, меди и оксиды сурьмы.
Таким образом, в зоне гипергенеза сурьма является почти не мигрирующим элементом, так как образующиеся при окислении антимонита и других минералов вторичные оксиды и гидроксиды сурьмы обладают ничтожной растворимостью.
Зона окисления ртутных месторождений.Главный минерал ртути – киноварь HgS – устойчив в условиях зоны окисления, перемещается механическим путем и встречается в шлихах на значительном удалении от коренных источников. Однако при длительном окислении киноварь все же слабо растворяется с образованием сульфата HgSO4 или хлорида HgCl2, которые неустойчивы и быстро восстанавливаются с образованием самородной ртути. Реже в зоне окисления ртутных месторождений появляется каломель HgCl и кубическая модификация киновари – метациннабарит. Монтроидит HgO встречается очень редко.
Таким образом, миграция ртути в зоне гипергенеза осуществляется в основном механическим путем в виде киновари.
Поведение золота в зоне окисления золото-сульфидных месторождений.Золото в первичных рудах является самородным видимым, субмикроскопическим (невидимым), рассеянным в сульфидах, а также представлено теллуридами. В зоне гипергенеза самородное видимое золото является химически стойким, перемещается механическим путем и накапливается в россыпях. Теллуриды золота легко разлагаются, причем золото выпадает в виде тонкодисперсного коричневого порошка. Субмикроскопическое золото, освобождающееся из разлагающихся сульфидов, может растворяться (коллоидные или истинные растворы золота в виде хлоридов и сульфатов) и мигрировать как в зоне окисления, так и за ее пределы. Детальное изучение золоторудных месторождений Урала и других районов, проведенное М.Н. Альбовым, показало наличие в этих месторождениях вторичной зональности в распределении золота по вертикали. В кварц-сульфидных жилах на Урале установлен пояс вторичного золотого обогащения на глубине 20–150 м от поверхности. Образование этого пояса М.Н. Альбов объясняет переносом тонкодисперсного золота вниз по трещинкам рудных жил нисходящими водами.
В.М. Крейтером, В.В. Аристовым, И.С. Волынским и другими изучено поведение золота в зоне окисления медноколчеданных месторождений Урала и Центрального Казахстана.
Распределение золота в зоне окисления Майкаинского золотоколчеданно-полиметаллического месторождения представлено на рис. 65. Высокие содержания золота в окисленных рудах возникли в связи с его растворением, миграцией в сульфатной форме и переотложением в самородном виде. Наличие самородного гипергенного золота в буром железняке, ярозите и в сыпучке подтверждается детальным микроскопическим изучением окисленных руд.
Рис. 65. Содержание золота и серебра (в усл. ед.) в зоне окисления месторождения Майкаин (Казахстан):
1 – глины; 2 – бурые железняки; 3 – ярозиты; 4 – кварц-баритовая сыпучка с ярозитом; 5 – кварц-баритовая сыпучка с серой; 6 – колчеданная сыпучка; 7 – первичные колчеданные руды
Поведение серебра в зоне окисления сульфидных месторождений.Среди гипогенных минералов серебра наиболее распространенными являются серебро самородное, аргентит Ag2S, прустит Ag3AsS3, пираргирит Ag3SbS3, теллуриды.
В зоне гипергенеза самородное серебро химически устойчиво и переносится механическим путем в россыпи. Аргентит и другие сернистые соединения серебра разлагаются с образованием Ag2SO4. Этот сульфат растворим в воде и серебро мигрирует. В результате реакции Ag2SO4 + 2FeSO4↔2Ag + Fe2(SO4)3 в зоне окисления образуется серебро самородное. Кроме того, в окисленных рудах часто встречаются кераргирит AgCl и другие минералы.
Миграция растворимого сульфата серебра приводит к появлению зоны вторичного обогащения, в которой отлагается вторичный аргентит:
MeS + Ag2SO4 = Ag2S + MeSO4.
Глубина распространения зоны вторичного обогащения серебром на некоторых полиметаллических месторождениях может достигать нескольких сот метров.
Поведение серебра при окислении колчеданных руд Урала и Казахстана аналогично поведению золота (см. рис. 65).
Зона окисления сульфидно-настурановых месторождений.Главными урановыми минералами гидротермальных руд являются коффинит U(SiO4)1-x(OH)4x, настуран (урановая смолка) и уранинит UO2,17-2,70. Взоне окисления они легко разрушаются. В присутствии серной кислоты уран переходит в раствор в виде сульфатов четырех и шестивалентного урана, причем в присутствии сульфата окисного железа в кислой среде четырехвалентный уран немедленно окисляется до шестивалентного:
U4+(SO4)2 + Fe2(SO4)3 + 3H2O→(UO2)2+SO4 + 2FeSO4 + 2H2SO4.
Сульфат уранила может существовать только в кислых растворах и слабо вступает в реакции. При нейтрализации растворов и их разбавлении образующиеся золи гидроксида урана коагулируют, соосаждаются и сорбируются. В слабощелочной или нейтральной среде иногда образуются уранил-карбонатные комплексы, которые распадаются при изменении рН.
В зависимости от количественного содержания в рудах сульфидов и карбонатов процессы окисления развиваются по-разному. При малом содержании сульфидов урановая смолка превращается в гидронастуран, который переходит в скупит, затем образуется соддиит, который переходит в уранофан.
Таким образом, в щелочной (карбонатной) среде гипергенные превращения первичных урановых минералов сводятся к следующему ряду: ураниты – уранил – карбонаты – уранил-силикаты. При окислении сульфидов возникает кислая среда и образуются урановые слюдки и ураносодержащие лимониты.
В результате окисления сульфидно-настурановых рудных тел возникает (сверху вниз) вторичная вертикальная зональность (рис. 66):
Рудные зоны: А – полного окисления; В – полного выщелачивания; С – неполного окисления (и восстановления); D – первичных руд. Гидродинамические зоны: а – просачивания (аэрации); в – сезонных колебаний уровня грунтовых вод; с – насыщения подземными водами. 1 – урансодержащие гиалиты; 2 – гидроксиды и силикаты урана; 3 – урановые слюдки; 4 – второстепенное направление процесса; 5 – настуран, частично измененный; 6 – урановые черни; 7 – настуран
1. Зона окисления:
а) подзона силикатов урана, представленная уранофаном, а также другими минералами с примесью урана – гиалитом, кальцитом, лимонитом;
б) подзона урановых слюдок, преимущественно фосфорно-кальциевых. В случае присутствия в первичных рудах меди и мышьяка образуются торбернит, ураноспинит, цейнерит;
в) подзона выщелачивания, где отсутствуют урановые минералы и лишь в нижней ее части наблюдаются остаточные урановые черни.
2. Зона вторичного обогащения (цементации), где накапливаются регенерированные урановые черни UO2,70-2,93.
1. В чем выражается вертикальная зональность в зоне гипергенного изменения сульфидных месторождений и каковы причины ее возникновения.
2. Каково поведение железа в зоне окисления эндогенных месторождений.
3. Какие гипергенные минералы никеля и кобальта образуются в зоне окисления сульфидных и арсенидных руд этих металлов.
4. Назовите гипогенные минералы вольфрама и охарактеризуйте поведение их в зоне гипергенеза.
5. Какие гипергенные минералы образуются при окислении молибденита.
6. Охарактеризуйте поведение меди в зоне гипергенного изменения халькопиритовых руд.
7. Какие гипергенные минералы возникают при окислении галенит-сфалеритовых руд.
8. Назовите гипогенные минералы олова и рассмотрите поведение их в зоне гипергенеза.
9. Перечислите гипергенные минералы сурьмы и ртути.
10. Охарактеризуйте поведение золота и серебра в зоне гипергенного изменения сульфидных руд, содержащих эти металлы.
11. Какие факторы определяют вертикальную зональность при гипергенном изменении настураново-сульфидных месторождений.