Минералы зоны окисления в сульфидных месторождениях

Температура выделения типоморфных минералов гидротермально измененных пород колеблется в широких пределах в зависимости от кислотности -- щелочности среды и концентрации в растворе алюминия, щелочей и щелочноземельных элементов. Если учитывать достаточно широкие пределы температурных колебаний и ориентироваться на типичные условия, то по совокупности существующих данных можно приблизительно определить температуры формирования наиболее характерных зон гидротермально измененных вулканогенных пород, сопровождающих колчеданные залежи.

Этапы рудообразования. В общей истории колчеданного рудообразования достаточно отчетливо намечаются три этапа.

Первый (предрудный) этап обусловлен высокотемпературными кислыми, по-видимому, истинными газовыми растворами, скорее всего близкими по составу и общей физико-химической характеристике к ранним минерализованным галоидным газам современных поствулканических процессов. В этот этап не происходит заметного привноса вещества, но осуществляется интенсивная перегруппировка минеральной массы вулканогенных пород, по которым протекают растворы. Вследствие различной степени подвижности породообразующих элементов и их реакционной способности в этих условиях возникает мета-соматическая колонна гидротермально измененных пород. Наиболее характерна полная колонна,, состоящая из четырех зон (по мере удаления от рудоподводяще-го канала): 1) кварцитовая, 2) кварц-серицитовая, 3) серицит-хлоритовая, 4) хлоритовая, или пропилитовая (рис. 191). При переходе от первой к четвертой зоне снижается температура процесса от 400 до 2000C и кислотность раствора от 4--5 до 6-- 8рН.

Второй (колчеданный) этап сменяет первый, сливаясь с концом его. В этот этап происходит накопление основной массы сульфидов железа из гидротермальных растворов, продолжающих циркулировать вдоль наиболее выщелоченных кварцитов и кварц-серицитовых пород, пористость которых по сравнению с исходными породами существенно повышается. Так, по данным В. Старостина, средняя эффективная пористость неизмененных гидротермальными процессами пород Блявинского рудного поля на Урале колеблется от 1,17 (кварцевые альбитофиры) до 3,71,% (диабазы и базальтовые порфириты), а средняя эффективная пористость вмещающих руду кварц-серицит-хлоритовых пород достигает 7,6 и даже 12,2%, т. е. становится в 3--5 раз выше. Увеличение пористости происходит пропорционально увеличению суммы хлорита и серицита в гидротермально измененной породе.

Пути циркуляции рудообразующих растворов могут несколько сместиться, и контуры колчеданного оруденения не всегда совпадают с очертаниями площадей пород, гидротермально измененных в предыдущую стадию. Химизм процесса на втором этапе резко меняется. Начинают действовать растворы, пересыщенные ионами серы и железа, обусловливающие массовое коллоидное отложение сульфидов железа в форме марказита, пирита и пирротина.

Переход от сульфидных к окисным соединениям железа и меди, наблюдающийся в ряде вулканогенно-осадочных и осадочных колчеданных месторождений как по мощности и простиранию рудных залежей, так от одного участка к другому, еще в более существенной степени определяется изменением кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий среды рудообразования. Поля устойчивости сульфидов и окислов этих металлов показаны на диаграмме равновесия в координатах рН--Eh, построенной Н. Скрипченко на основании решения уравнений из произведений активностей реагирующих ионо* пограничных соединений для условий давления їв 0,1 МПа при температуре '250C. Из диаграммы .видно, что если следовать из фигуративной точки F к точке F2, то по мере снижения кислотности среды рудообразования сульфиды железа будут вытесняться окислами железа, хотя сульфиды меди все еще будут устойчивы, что может характерным для фланговых частей некоторых колчеданных месторождений. Та же картина будет наблюдаться при продвижении к точке Fi в связи с понижением активности ионов S2~, S2", Fe2+.

Соотношения между пиритом и пирротином в руде зависят в большей степени от соотношения железа и серы в процессе рудообразования, чем от физико-химических параметров. В широких рамках температуры (примерно от 7500C) при соответствующем количестве серы формируется пирит, при недостаче ее образуется пирит совместно с пирротином, а при еще большей недостаче выделяется только пирротин. Тем не менее при очень высокой тмпературе пирит преобразуется в пирротин с выделением газовой фазы серы. Начальная температура такой диссоциации пирита по данным разных исследователей колеблется от 352 до 680°С. Таким образом, наличие пирротина в слабо метаморфизованной руде свидетельствует ю недостатке серы при рудообраїзовании или о ее малой активности при относительно высокой концентрации в растворе. Последнее может иметь место при повышенном значении окислительно-восстановительного потенциала и шелочном характере растворов, благоприятствующих переходу части Fe2+ в Fe3+. Такой переход необходим для постройки пирротина, поскольку в нем, согласно Н. Белову, часть мест Fe2+ пустует, и излишний заряд Si- должен быть компенсирован трехвалентным железом.

Третий (рудный) этап отмечается на некоторых колчеданных месторождениях. В отличие от предыдущих, слитных этапов, он отделяется от них отчетливым и иногда достаточно длительным перерывом, во время которого минеральные массы ранних этапов могут претерпеть некоторый метаморфизм, тектонические деформации и внедрение даек изверженных пород.

По представлениям Е. «Назаренко, Т. Ловеринга и др., гидротермальные растворы этого этапа были бессернистыми или недосыщенными химически активными ионами серы и содержали цветные металлы в форме хлоридов или комплексных ионов. Экспериментально доказано, что сернистое железо легко замещается сернистой медью цинком и свинцом в подобного рода щелочных, нейтральных и кислых растворах с выносом железа, если рН среды не слишком высоко (Т. Ловеринг). Эти растворы реагировали с сернистыми соединениями железа, накопившимися в течение второго этапа рудообразования, и частично замещали их, отлагаясь в виде сульфидов меди, цинка, особенно свинца и блеклых руд. Отмечено, что рудообразование третьего этапа иногда сопровождается дополнительным изменением боковых пород, которое, например, по данным Н. Еремина, представлено на Джусинском месторождении Урала кварц-серицит-карбонат-хлоритовыми образованиями. Иногда отмечается слабое пострудное изменение вмещающих пород в форме пиритизации, кальцитизации и каолинизации.

3. Зона окисления

Зона окисления-- верхняя, близкая к поверхности, часть сульфидных месторождений или рудных тел, расположенная выше уровня грунтовых вод в зоне просачивания. В зоне окисления почвенные воды, насыщенные кислородом и углекислотой, окисляют и растворяют сульфидные неустойчивые в окислительной обстановке минералы, переводя их полностью или частично в окислы, водные или безводные. Зона окисления обычно выделяется в породах или рудах, попавших по тем или иным геологическим причинам в новые для них условия, зафиксированные признаками поверхностного или субповерхностного (в трещиноватых зонах до 400--600 м и более) выветривания: В последнем случае это связано с циркулирующими по пластам или вдоль них кислородсодержащими водами. Возникающие при этом на залежах сульфидных месторождений покрышки продуктов окисления называются «железными шляпами». Сложенные преимущественно бурым железняком. Зона окисления распространяется вглубь до уровня грунтовых вод, обычно от нескольких метров до нескольких десятков метров, но иногда, на отдельных участках, до нескольких сот метров от поверхности Земли. В процессе окисления часть минерального вещества полезного ископаемого может раствориться грунтовой водой, просочиться вниз и вновь отложиться ниже уровня грунтовых вод, образовав зону вторичного минерального обогащения. Зона вторичного обогащения особенно характерна для некоторых месторождений меди, урана, золота и серебра.

Благоприятными условиями для развития кор выветривания и зон окисления в частности, являются: стабильный тектонический режим, слабая эрозионная активность, наличие в рудах и вмещающих породах химически активных минералов (в первую очередь сульфидов и карбонатов), водонасыщенность пород и руд. Температурный режим окисления сульфидов и других минералов имеет экзотермический характер, судя по парагенетической ассоциации минералов температура может достигать 80°, т.е. она сопоставима с температурой образования гидротермальных месторождений. То есть в зонах окисления ярко выраженная контрастность минералообразования.

Тела всех полезных ископаемых вблизи земной поверхности подвергаются химическому и физическому выветриванию, изменяющему их минеральный, химический состав и строение. Причем залежи одних полезных ископаемых изменяются близ поверхности слабо, других -- интенсивнее, а третьих -- настолько сильно, что требуются специальные исследования для определения первичного состава минерального сырья по материалу их выходов у поверхности земли. Наиболее радикальное изменение при выветривании претерпевает большая часть сульфидных рудных тел, а также некоторых пластов углей, залежей соли и серы.

В этих случаях для оценки состава, строения и промышленного значения тел полезных ископаемых на глубине, ниже выветрелой части, требуется знание условий слагающих минералов, в зоне выветривания.

В низах зоны окисления сульфидных залежей развиты горизонты рыхлых сульфидных песков, сложенных в основном пиритом с значительной примесью ковеллина и других вторичных сульфидов меди. В них также характерны высокие содержания золота и серебра. Ниже окислительно-восстановительного барьера происходит цементация (вторичное сульфидное обогащение) первичных руд цветных металлов переотложенным сверху вниз рудным веществом.

УСЛОВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ЧАСТЕЙ ЗОНЫ ОКИСЛЕНИЯ

Приповерхностные изменения тел полезных ископаемых связаны с тем, что минералы, слагающие вещество полезного ископаемого, попадая в обстановку высокого кислородного потенциала, оказываются в ней неустойчивыми и подвергаются разложению. При этом образуются новые соединения, часть которых сохраняется на месте, другая часть выносится и переотлагается поблизости, а третья часть мигрирует и рассеивается.

Основными агентами изменения приповерхностной части тел полезных ископаемых, так же как и при формировании месторождений выветривания, являются: вода, кислород, углекислота и промежуточные химические соединения, возникающие при реакциях между ними и полезными ископаемыми, такие как сульфаты, гуматы и др., образующие с водой слабые растворы солей соответствующих кислот. В соответствии с этим основное направление изменения определяется как окисление вещества полезного ископаемого, а интервал по вертикали, в пределах которого это изменение протекает, называется зоной окисления.

Для изменения состава и строения тел полезных ископаемых в их приповерхностных частях особенно велико значение воды, омывающей эти тела.

Область циркуляции приповерхностных вод, разделяется на три зоны. Верхняя зона аэрации, или просачивания, характеризуется быстрой и свободной, преимущественно нисходящей циркуляцией воды, насыщенной растворенными в ней кислородом и углекислотой. Ниже этой зоны, обычно уже под уровнем грунтовых вод, располагается зона активного водообмена, с медленным боковым движением воды, несущей незначительное количество растворенного в ней кислорода. Еще ниже находится зона застойных вод, практически не перемещающихся и не содержащих свободного кислорода.

Соотношение между измененными и неизмененными частями тел полезных ископаемых, а также перечисленными выше зонами циркуляции приповерхностных подземных вод следующее. Зоне просачивания отвечает измененная, окисленная часть залежей, застойной зоне соответствует неизмененная часть тел полезных ископаемых, а в зоне водообмена в теле неизмененных полезных ископаемых могут встречаться измененные участки, а также скопления вторичного, переотложенного материала.

В зоне окисления сульфидных рудных тел, кроме того, выделяются четыре подзоны: 1) поверхностный слой; 2) подзона окисленных руд; 3) подзона окисленных выщелоченных руд; 4) подзона богатых окисленных руд. Среди этих подзон обычно четко выделяется только поверхностный слой.

Поверхностный слой ограничивается несколькими десятками сантиметров в глубину и представляет собой как бы корку наиболее интенсивно измененного рудного материала, из которой могут быть полностью удалены даже самые трудноподвижные соединения.

Интенсивность и глубина изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых зависят, как показал С. Смирнов, главным образом от климата, скорости эрозии, химизма вод, состава и строения рудных тел, характера боковых пород и структуры месторождения. Наиболее благоприятным для интенсивного изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых является жаркий и теплый климат с умеренными и равномерными осадками. Неблагоприятен полярный климат; не вполне благоприятен сухой пустынный климат. Зона окисления может развиваться лишь в таких геоморфологических условиях, при которых скорость ее формирования выше скорости эрозии. Поэтому в высокогорных резко расчлененных районах с большой скоростью эрозии склонов тела полезных ископаемых могут выходить на поверхность в слабо измененном или вовсе неизмененном виде.

Агрессивность разрушающего действия воды зависит от ее химизма

Наиболее энергичными являются воды кислотные, сульфатные, но они обычно достаточно быстро нейтрализуются вмещающими породами, что задерживает вынос металлов из зоны окисления. Воды кислотные гуминовые, хотя воздействуют и менее энергично, но при длительной циркуляции, создающейся в обстановке заболоченных районов, возможен полный вынос всех металлов из верхней части рудных тел. Что касается строения тел полезных ископаемых, то для тех из них, которые обладают большей проницаемостью или хотя бы частичной растворимостью, интенсивность изменения будет выше, чем для монолитных залежей, не содержащих растворимых минералов. Точно также и водопроницаемые боковые породы, например пористые песчаники или трещиноватые известняки, будут способствовать равномерной и интенсивной циркуляции вод и развитию зоны измененных руд.

Состав пород имеет также и другое значение. Одни из них, реагируя с растворенными в грунтовых водах, омывающих залежь полезных ископаемых, активными соединениями, нейтрализуют их и свертывают процесс изменения. Так, например, действуют карбонатные породы на сульфатные растворы зоны окисления сульфидных руд. Другие породы, такие как кварциты, песчаники, отчасти изверженные породы, инертны по отношению к растворенным в воле веществам и не нарушают ход окисления залежей полезных ископаемых.

Структура месторождения определяет пути циркуляции грунтовых вод, и если они благоприятствуют омовению залежей полезных ископаемых водой, то ход приповерхностного изменения становится интенсивней.

Подзона окисленных руд располагается непосредственно ниже поверхностного слоя и представляет собой область распространения типичных окисных производных первичной руды.

Подзона окисленных выщелоченных руд иногда обнаруживается ниже предыдущей подзоны и характеризуется заметно пониженным содержанием того или иного металла против его среднего содержания в зоне окисления.

Подзона богатых окисленных руд располагается в нижней части зоны окисления и является окисленной верхушкой, находящейся ниже зоны вторичного обогащения.

Зона вторичного обогащения находится в верхней части первичных руд и обусловлена переотложением части металла, выщелоченного из зоны окисления.

Нижняя граница зоны окисления довольно часто не совпадает с уровнем грунтовых вод. Происходит это потому, что уровень грунтовых вод испытывал заметные колебания в четвертичное и более древнее время. При его плавном опускании создаются наиболее благоприятные условия для развития вторичной зональности. При его подъеме часть зоны окисления оказывается затопленной грунтовыми водами и дальнейшее окисление первичной руды прекращается. При резком опускании уровня грунтовых вод в зону окисления выводятся вторичные переотложенные руды и их повторная перегруппировка создает наиболее сложную картину строения зоны окисления.

Причинами изменения уровня грунтовых вод служат неотектонические движения разных знаков и изменения климата в прошлом. Для полной и правильной оценки зоны окисления и соотношения ее с зонами вторичного обогащения и первичных руд и то и другое следует принимать во внимание. Подзона выщелачивания образуется в интервале сезонных и многолетних колебаний уровня грунтовых вод (А. Германов).

Нижняя граница зоны окисления практически никогда не бывает ровной. На участках высокой водопроницаемости она опускается, а между ними поднимается. Особенно низко опускается уровень окисления вдоль трещиноватых и нарушенных полостей дробления, смятия и разломов. По этим направлениям окисление может проникать очень глубоко, достигая сотен метров от поверхности земли даже при сравнительно высоком стоянии общего уровня окисленных руд. Так, например, по разломам в рудном теле окисление развивалось в Кадаинской полиметаллической жиле в Забайкалье до 200 м, в Пшибрамском свинцово-цинковом месторождении в Чехословакии до 300 м, в Коунрадском медном месторождении в Казахстане до 500 м, в полиметаллическом месторождении Тинтик в США и на медных рудниках Замбии до 600--800 м, а в Зимбабве даже до 900 м (рудник Лонели).

Интенсивность и глубина изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых зависят, как показал С. Смирнов, главным образом от климата, скорости эрозии, химизма вод, состава и строения рудных тел, характера боковых пород и структуры месторождения. Наиболее благоприятным для интенсивного изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых является жаркий и теплый климат с умеренными и равномерными осадками. Неблагоприятен полярный климат; не вполне благоприятен сухой пустынный климат. Влияние климатических условий на формирование зоны окисления колчеданной залежи показано на рис. 226. Зона окисления может развиваться лишь в таких геоморфологических условиях, при которых скорость ее формирования выше скорости эрозии. Поэтому в высокогорных резко расчлененных районах с большой скоростью эрозии склонов тела полезных ископаемых могут выходить на поверхность в слабо измененном или вовсе неизмененном виде.

Агрессивность разрушающего действия воды зависит от ее химизма. Наиболее энергичными являются воды кислотные, сульфатные, но они обычно достаточно быстро нейтрализуются вмещающими породами, что задерживает вынос металлов из зоны окисления. Воды кислотные гуми-новые, хотя воздействуют и менее энергично, но при длительной циркуляции, создающейся в обстановке заболоченных районов, возможен полный вынос всех металлов из верхней части рудных тел (В. Щербина).

Степень изменения полезных ископаемых в сильнейшей степени зависит от их минерального состава, так как различные минералы и их ассоциации характеризуются разной устойчивостью в зоне окисления.

Что касается строения тел полезных ископаемых, то для тех из них, которые обладают большей проницаемостью или хотя бы частичной растворимостью, интенсивность изменения будет выше, чем для монолитных залежей, не содержащих растворимых минералов. Точно также и водопроницаемые боковые породы, например пористые песчаники или трещиноватые известняки, будут способствовать равномерной и интенсивной циркуляции вод и развитию зоны измененных руд.

3.1 Железная шляпа

Остаточное образование, возникающее в поверхностных частях рудных (главным образом сульфидных) месторождений меди, свинца, цинка и др. металлов в результате хим. выветривания и окисления первичных минералов рудного тела. железные шляпы состоят главным образом из окислов и гидроокислов железа (гётит, гидро-гётит, гидрогематит, турьит и др.), вследствие чего имеют обычно темно- и светло-красную, охристую и буровато-красную окраску. Образование железных шляп связано с окисляющим действием поверхностных вод и сопровождается вторичным обогащением рудных месторождений. В процессе выветривания сульфиды меди, серебра, цинка и др. металлов окисляются в легкорастворимые сульфаты, выщелачиваются и переносятся в более глубокие части рудного тела. В то же время железо сернистых соединений - пирита, халькопирита и др. сульфидов - лишь частично выносится в виде растворимой соли (сульфата закиси железа), а большая его часть, подвергаясь окислению и гидратации, остаётся на месте в виде бурых железняков. Эти вторичные бурые железняки, возникая за счёт преобразования первичных пиритовых и других руд, содержащих сульфиды железа, и образуют железные шляпы у поверхности земли. Глубина распространения железных шляп ниже земной поверхности обычно ограничивается уровнем грунтовых вод и достигает десятков и сотен метров. По сравнению с первичными сульфидными рудами железные шляпы в их верхних частях более богаты железом, а в нижних - золотом. Резко выделяясь на фоне вмещающих пород, железные шляпы служат важным признаком при поисках сульфидных рудных месторождений и характеристике скрытых на глубине первичных руд.

3.2 Зона вторичного обогащения

Зона вторичного сульфидного обогащения -- верхняя часть сульфидных месторождений, расположенная под зоной окисления , ниже уровня грунтовых застойных вод. В ней грунтовые воды становятся нейтральными или даже слабо щелочными. При взаимодействии растворенных в них солей, привнесенных из зоны просачивания(сверху), с первичными сульфидами образуются вторичные сульфиды, главным обр. меди (халькозин, ковеллин, борнит), представляющие собой наиболее богатые медные руды. Зона вторичного обогащения распространяется книзу на десятки, а иногда и на сотни метров и является обычно наиболее ценной частью сульфидных (колчеданных) медных месторождений. Здесь образуются такие богатые медью минералы, как ковеллин, халькозин, борнит, иногда самородная медь, а также новообразованные блеклые руды, галенит, сфалерит, минералы серебра, в том числе самородное серебро, реже самородные цинк, свинец, ртуть. Содержания золота здесь ниже, чем в кремнистой подзоне(зона окисления/выветривания), но выше, чем в первичной руде.

Она формируется при переотложении части металла, выщелоченного из зоны окисления ниже циркуляции грунтовых вод, для одних металлов в верхней части первичной зоны, а для других--в самых низах зоны окисления. Здесь происходит отложение вторичных минералов, как бы цементирующих другие рудообразующие минералы, в связи с чем эту зону иногда называют зоной цементации.

Вторичное отложение металлов на глубине происходит из-за изменения химической характеристики растворов (уменьшение растворенных в ней кислорода и углекислоты, снижение кислотности), а также в связи с обменными реакциями между неизменными рудо образующими минералами первичных руд и соединениями, находящимися в растворе грунтовых вод.

Зона вторичного обогащения образуется не всегда. Для этого требуется ряд условий.

1. Необходимо, чтобы в зоне окисления получались легкорастворимые в грунтовых водах химические соединения, способствующие их выносу вниз. Этим условиям отвечают рудообразующие минералы лишь выделенной выше третьей группы месторождений, отличающиеся, с одной стороны, неустойчивостью в зоне окисления, а с другой--образующие при разложении легкораетворимые соединения. К этой группе относятся цинк, медь, никель, кобальт, молибден, уран, серебро и золото (в сульфидных рудах).

2. Необходимо, чтобы в зоне окисления на путях миграции вод с растворенными в них соединениями перечисленных выше металлов не встречались осадители, фиксирующие их выше зоны цементации. Связывание легкорастворимых соединений .никеля и кобальта, образующихся при окислении сульфоарсенидов, в форме труднорастворимых арсенатов обычно исключает сколько-нибудь заметное обогащение этими металлами зоны цементации. Лишь иногда, как это произошло в вюрмское время в Норильске, где нет мышьяка, часть никеля переотлагалась в зоне цементации в виде виоларита по пентланлиту (Н. Зонтов). Обычное осаждение из раствора легкорастворимого сульфата цинка карбонатными породами и перевод его в этих условиях в труднорастворимый смитсонит также предотвращает обогащение цинком зоны цементации. Вообще развитие активных минералов-осадителей в руде или в боковых породах задерживает или совсем исключает образование зоны вторичного обогащения.

3. Необходимо, чтобы легкорастворимые соединения металла при переходе из окислительной и кислотной среды верхней зоны в менее кислотную и даже щелочную среду на глубине, в частности, ниже уровня грунтовых вод, выпадали в осадок. Это свойство не присуще раствору сульфата цинка, который не подвергается гидролизу, не окисляется и не восстанавливается, а потому рассеивается в инертных породах или фиксируется в зоне окисления среди карбонатных пород. Лишены этого свойства, по-видимому, и окисные производные молибдена не создающие зон вторичного обогащения.

Таким образом, вторичное обогащение в зоне цементации происходит на месторождениях меди, урана, серебра и золота (в сульфидных рудах), иногда никеля.

4. Для образования хорошо выраженной зоны вторичного обогащения в месторождениях этих металлов необходимы: а) длительное окисление верхних частей рудных тел с плавным прогрессивным развитием зоны окисления за счет все новых и новых частей первичных руд; такой процесс особенно хорошо протекает при постепенном понижении уровня эрозии с одновременным опусканием зеркала грунтовых вод; б) свободная циркуляция грунтовых вод вниз по направлению погружения рудных тел; отсутствие значительной боковой миграции вод и выноса металлов за пределы месторождения.

Медь. Для медных месторождений всех типов весьма характерно наличие зоны вторичного обогащения. Медь в виде растворенного в грунтовой воде сульфата проникает в верхнюю часть первичных руд и здесь реагирует с различными сульфидами. Благодаря исключительно высокому положению в ряду Шюрмана она имеет возможность вытеснять из них почти любые металлы, образуя на их месте вторичные медные сульфиды и создавая зону вторичного сульфидного медного обогащения (халькозиновую зону). На примере замещения пирита эта реакция выглядит следующим образом:

5 FeS2 + 14 CuSO4 + 12 H2O - 7 Cu2S + 5 FeSO4 + 12 H2SO4.

Перевод в раствор части железа в форме его сульфата может способствовать, помимо образования халькозина, также отложению двойных сульфидов, как, например, борнита. Еще проще эта реакция выглядит при взаимодействии раствора сульфата меди с пирротином и сфалеритом:

FeS - CuSO4 - CuS + FeSO4; ZnS + CuSO4 = CuS + ZnSO4.

В этом случае в зоне обогащения образуется ковеллин.

Промышленная ценность. многих месторождений вкрапленных медных руд в значительной степени зависит от размеров зоны вторичных сульфидов и уровня концентрации в ней металла. Размеры зоны вторичного сульфидного обогащения колеблются в широких пределах. Известны месторождения с вертикальным протяжением халькозиновой зоны всего лишь в 1--3 м (Южные Аппалачи в США, некоторые месторождения Закавказья). Чаще всего мощность этой зоны несколько десятков метров (медно-порфировые месторождения Коунрад, Алмалык в СССР и ,подобные месторождения Америки, колчеданные залежи Урала, рис. 238). Иногда халькозиновая зона достигает значительных размеров, протягиваясь на 250 м (рудник Ольд Доминион, США) и даже 400--450 м (Бисби, Юта Коппер, США).

Обычно содержание меди в зоне вторичного сульфидного обогащения превышает содержание ее в первичной руде в 2--3 раза и даже более, а по сравнению с содержанием меди на выходе в зоне окисления оно всегда бывает выше в несколько раз. Вот почему никакая оценка месторождений медных, особенно вкрапленных руд, не может быть выполнена без разведки зоны вторичного сульфидного обогащения.

Уран. В кислых водах зоны окисления уран переходит в легкорастворимое сульфатное соединение шестивалентного урана типа UO2(SO4) и может мигрировать книзу. В зоне Цементации такие соединения под влиянием сероводорода и сульфидов могут восстанавливаться до четырехвалентных соединений типа U (SO4) 2, которые гидролизуются до U(OH)4 и выпадают в осадок. Выпавшая из раствора гидроокись урана легко дегидратируется и переходит в окись урана--регенерированную урановую чернь переменного состава AUO2-nU03*mPbO, обогащая зону цементации урановых рудных тел. В зонах окисления урановых месторождений, помимо регенерированной урановой черни, существует остаточная урановая чернь, представляющая собой продукт неполного разложения первичных урановых минералов, нередко сохраняющая их форму. В отличие от нее регенерированная чернь как бы пропитывает руду и боковые породы, размазываясь по ним в виде пленок и налетов.

Равновесие между ураном и радием, существующее в первичных рудах, в зоне окисления и цементации может быть нарушено при вторичных процессах.

При этом в верхней части зоны окисления радий иногда выщелачивается легче урана, и в этих случаях происходит смещение равновесия в сторону урана. В нижней части зоны окисления в связи с наличием вод в повышенной кислотности происходит значительно более полный вынос урановых соединений, накопление радия и смещение равновесия в сторону радия.

Серебро. Сульфат серебра, хотя и слабо, но все же растворяется в кислых водах; растворимость его повышается в присутствии сульфата окиси, железа. Если серебро не фиксируется в зоне окисления в форме хлоридов или в самородном состоянии, то оно переносится вниз обычно в несколько стадий, повторно переходя в раствор и вновь осаждаясь, пока не достигает среды, в которой оно закрепляется.

Главная масса вторичного серебра при этом фиксируется в самых низах зоны окисления. Достигая первичных руд, оно может их обогатить, отложившись в форме самородного серебра, аргентита или других более сложных соединений. Протяжение таких зон, обогащенных вторичным серебром, в месторождениях Мексики, например, достигало 300--500 м (месторождения Пачука, Гуанаюато, Цакатекас).

Золото. При окислении золотосодержащих сульфидных, особенно колчеданных руд, золото, как указывалось выше, переходит в коллоидный или истинный раствор, чаще всего комплексных соединений, и выносится из верхних частей «железной шляпы». При миграции на глубину золото может переотложиться в самых низах зоны окисления, а также в верхней части зоны вторичного обогащения с образованием участков высокой концентрации этого металла. Таким образом, при сравнительно незначительном содержании золота в первичной сульфидной руде и нередко при полном отсутствии его в «железной шляпе» оно может накопиться в промышленных размерах в нижней части измененных сульфидных золотосодержащих руд в пределах так называемой «золотой плитки», где концентрация его нередко в 20--25 раз превышает содержание в первичной руде.

Значительно сложнее обстоит дело с проблемой вторичного обогащения золотом золото-кварцевых рудных тел. Наблюдающееся в ряде таких месторождений повышенное содержание золота в верхних частях жил и заметное снижение этого содержания на глубину обычно не связано с супергенными процессами, а обусловлено первичными причинами рудоотложения.

Ниже располагается зона первичных сульфидных руд, в зоне застойных вод, где грунтовые воды оказываются в равновесия (или почти) с первичными минералами рудных месторождений, первичный состав которых сохраняется(те устойчивые минералы, которые были перечислены ранее). В первичных рудах большинства промышленных месторождений медь присутствует в сульфидной форме. Наличие каламина и смитсонита в зоне свидетельствует о первичных рудах сфалерита; Церрусит и англезит- о галените; Молибдит и повеллит- о молибдените; Малахит об остальных медных сульфидах(халькозин).

4. Месторождение Коунрад

Месторождение Коунрад расположено в Приозерном районе Жезказганской области в 15 км севернее г.Балхаш. Открыто М.П. Русаковым. Его изучали и разведывали М.П. Русаков, Н.И. Наковник, К.Б. Роговер, Я.Д. Гетман, Н.Д. Доля, М.К. Чехович, А.С. Богатырев, Ф.В. Чухров, К.С. Газизова, С.Н. Гаврикова, Л.И. Сериков, И.М. Юдин, А.И. Полетаев, В.В. Колесников, З.М. Нурбаев. В геологическом строении месторождения участвуют песчано-алевролитовые образования с редкими прослоями туфов кислого состава фаменского яруса (рис. 26, 27). Выше с резким угловым несогласием залегают андезито-базальты, андезито-дациты каркаралинской свиты нижнего карбона. Широко развиты интрузивные породы, представленные аляскитовыми гранитами акчатауского комплекса с редкометальной минерализацией (вольфрам, молибден и др.), а также гранитоидами Токрауского плутона, относящегося к балхашскому нижнекаменноугольному комплексу и имеющему трехфазное строение.

Первая фаза представлена габбро-диоритовыми порфиритами, слагающими небольшие штокообразные тела, вторая фаза (основная) - кварцевыми диоритами, гранодиоритами, плагиогранитами, тоналитами, гранитами, третья фаза, вмещающая основную часть рудной минерализации, сложена породами, аналогичными основной фазе, но имеющими порфировые структуры. Для гранитоидов комплекса типична повышенная глиноземистость и резкое преобладание в составе натрия над калием. Форма тела пород III-ей фазы в центральной части близка к изометричной с многочисленными апофизами, а в южной - линейно-удлиненная. В тесной пространственной связи со штоками кварцевых диоритов и гранодиорит-порфиров находятся эксплозивные брекчии. Распространены дайки диоритовых и диабазовых порфиритов. Вмещающие оруденение гранодиорит-порфиры и эксплозивные брекчии в различной степени аргиллизированы, серицитизированы, окварцованы, иногда пропилитизированы. Распространены вторичные кварциты. Разноориентированные разрывные нарушения обусловили блоковое строение месторождения.

Одни из них (кольцевые и радиальные разломы) сформированы в связи с вулканизмом, другие (линейные) в большинстве случаев имеют древнее заложение и контролируют размещение магматитов, метасоматитов и оруденения. Рудное тело имеет форму опрокинутой слегка вытянутой чаши протяженностью около 1000 м при ширине от 100 до 800 м. “Дно” чаши сложено преимущественно халькозиновыми рудами и рудами зоны окисления, развитыми до глубины 20-25 м, максимально 60 м. Минералы зоны окисления - гематит, лимонит, куприт, мелаконит, самородная медь, ярозит, малахит, азурит, брошантит, халькантит, атакамит, хризоколла. Халькозиновые руды с пиритом, халькопиритом, минералами группы энаргита и люцонита распространены до 200 м. Представляя собой зону вторичного сульфидного обогащения, они имеют частично гипергенное, но в основном гипогенное (в связи с формированием вторичных кварцитов и аргиллизитов) происхождение. Первичные руды установлены на глубине 5-70 м и продолжаются до 700 м и более.

Сложены они пиритом, халькопиритом, халькозином, молибденитом, теннантитом, марказитом, блеклыми рудами, сфалеритом, галенитом, молибденитом, арсенопиритом, магнетитом, гематитом, стибиолюцонитом и др. Характер оруденения вкрапленный и прожилково-вкрапленный. На месторождении проявлена вертикальная и горизонтальная рудная зональность. Вертикальная зональность выразилась в смене с глубиной борнит-халькозиновых руд рудами борнит-халькопиритовыми, а затем снова борнит-халькозиновыми, халькопиритовыми, пирит-халькопиритовыми и магнетит-пиритовыми. Горизонтальная зональность обусловлена преимущественным развитием в центральной части борнит-халькопиритовых и халькозин-борнитовых руд, а по периферии - пирит-халькопиритовых и полиметаллических руд. Руды Коунрада комплексные. Кроме меди и молибдена (в отношении 115:1) в рудах определены мышьяк, свинец, цинк, рений, таллий, галлий, селен, серебро, золото, сурьма, теллур, индий, висмут, кобальт, никель, сурьма, олово. Основное количество сопутствующих элементов находится в виде изоморфной примеси, частично они образуют собственные минералы. Содержание меди и молибдена варьирует в широких пределах, составляя в среднем по месторождению соответственно 0,61 и 0,0053%. В настоящее время отрабатываются руды с содержанием меди 0,35-0,45%. Зоны окисления и вторичного сульфидного обогащения на месторождении отработаны. Зона первичных убогих руд разрабатывается карьером. По запасам металлов месторождение относилось к крупным.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы я почерпнул знания, изучая минеральный cостав минералов зоны окисления, химизм процессов протекающих в зоне окисления, состав руд сульфидных месторождений, выявил причины, для более детального изучения выработанных и еще не обнаруженных месторождений. Изучение полезных ископаемых зоны окисления имеет большой теоретический и практический интерес. Можно установить условия формирования тех или иных минералов, некоторые из которых в свою очередь являются дефицитными для государства, изучение остаточных сульфидов для определения состава исходных сульфидных руд. К зонам окисления приурочены полезные ископаемые, такие как: руды железа, марганца, алюминия, никеля, а также месторождения золота, драгоценных камней и некоторые элементы платиновой группы. Зона окисления представляет колоссальный интерес для геолога-поисковика своим неоднообразным минеральным составом, процессами протекающими внутри, изучив которые можно выявить закономерности распространения полезного ископаемого и непосредственно самого рудного вещества.

Список литературы

1. Альбов М. Н. Вторичная зональность золоторудных месторождений. M., Госгеолтехиздат, 1960. 215 с.

2. Белова Л. Н. Зоны окисления гидротермальных месторождений урана. M., Недра, 1975". 159 с.

3. Гинзбург И. Я., Ольшанский Я. И., Беляцкий В. В. Экспериментальные исследования по окислению сульфидов. M., Изд-во АН СССР, 1961. 130 с. (Тр. ИГЕМ, вып. 59).

4. Евсеева JI. С, Перельман А. Я., Иванов К. Е. Геохимия урана в зоне гипергене-за. Изд. 2-е. M., Атомиздат, 1974, 239 с.

5. Ляликова Н. Н. Роль бактерий в окислении сульфидных руд.--В кн.: Тр. Ин-та микробиологии АН СССР, вып. 9. M., Изд-во АН СССР, 1961, с. 134--143.

6. Поведение золота в зоне окисления золото сульфидных месторождеиий./В. М. Крейтер, В. В. Аристов, И. С. Волынский ,и др. M., Госгеолтехиздат, 1958

7. Смирнов С. С. Зона окисления сульфидных месторождений. M., Изд-во АН СССР, 1951. 336 с.

8. Щербина В. В. Геохимическая эволюция зоны окисления сульфидных месторождений. M., Госгеолтехиздат, 1960, с. 78--83. (Междунар. геол. конгресс. XXI сессия. Докл. сов. геологов, проблема 1).

9. Щербина В. В. Поведение некоторых редких и рассеянных элементов в зоне гипергенеза. -- Сов. геология, 1962, № 6, с. 94--103.

10. Яхонтова К., Г руде в А. Я. Зона гипергенеза рудных месторождений M., Изд-во МГУ, 1978, 229 с.

11. Скрипченко 77. С. Гидротермально-осадочные сульфидные руды базальтоидных формаций. M., Недра, 1972. 213 с.

12. Смирнов В. И. Колчеданные месторождения. -- В кн.: Генезис эндогенных рудных месторождений. M., Недра, 1967, с. 586--649.

Размещено на Allbest.ru