Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
IM. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА ПОИСКОВ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Рудное вещество каждого месторождения термодинамически устойчиво только в той геохимической обстановке, в которой оно было сформировано. Поэтому в зоне гипергенеза это вещество оказывается неравновесным и превращается в формы, более устойчивые в данной геохимической ситуации. Это превращение сопровождается такими химическими и механическими преобразованиями рудной массы, которые приводят к ее самопроизвольному рассеянию в окружающей месторождение среде. В связи с этим рыхлые образования, подземные и поверхностные воды, почвы и растения районов месторождений содержат повышенные (аномальные для данного района или провинции) концентрации рудных компонентов. В зависимости от среды рассеяния выделяют лито-, гидро-, био- и ат-могеохимические ореолы рассеяния рудного вещества. Ореол рассеяния в сущности является нашим техническим выражением этого рассеяния, так как он представляет собой не что иное как только аналитически фиксируемую часть объема рас-' сеяния.
13.1.1. Геохимия некоторых химических элементов, используемых при гидрогеохимических поисках рудных месторождений
Медь, цинк, свинец. Основными источниками меди, цинка, свинца в подземных водах рудных месторождений являются их сульфидные минералы — халькопирит CuFeS2, борнит Cu5FeS4 и др., сфалерит ZnS, галенит PbS и др. Эти минера
335
лы сопутствуют многим генетическим и минералогическим типам рудных месторождений, поэтому повышенные концентрации меди, свинца и особенно цинка — неотъемлемое свойство подземных вод самых разнообразных типов рудных месторождений.
В присутствии кислорода и других окислителей, таких как
Fe2(SO4) з, H2SO4, сульфиды окисляются с образованием хорошо растворимых сульфатов. В качестве примера приведем несколько реакций, характеризующих окислительное преобразование сульфидов
CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4;
халькопирит
CuFeS2 + 2Fe2 (SOJ3=CuSO4+5FeSO4 + 2S; CuFeS2 + 2 H2SO4 = CuSO4 + FeSO4 + 2H2S; Cu6FeS4 + 8,5O2 = 3CuSO4 + FeSO4 + Cu2O;
борнит
Cu6FeS4 + 2Fe2 (S04)3 + 8O2 = 5CuSO4 + 5FeSO4; CuS + 2O2 = CuSO4; ZnS + 2O2 = ZnSO4; ZnS + Fe2 (SOO3 = ZnSO4 + 2FeSO4 + S;
сфалерит
Pb S+ 2O2 = PbSO4 и т. д.
галенит
Эти суммарные реакции окисления сульфидных минералов приводят в конечном итоге к образованию сульфатов. Но в ходе такого окисления сульфидов, как промежуточные формы, всегда образуются еще и недоокисленные формы серы, такие как SO32" S2O32", которые всегда присутствуют в различных концентрациях в подземных водах сульфидных месторождений, но в конечном итоге окисляются до SO42"
Растворимость большинства сульфатов, образующихся при окислении сульфидов, значительна (см. табл. 6.1) поэтому подземные воды, формирующиеся в зоне окисления, имеют, сульфатный состав, высокие концентрации меди, цинка, свинца и многих других рудных элементов.
При окислении ряда сульфидов (CuFeS2, FeS2 и др.), а также при гидролизе сульфатов в подземных водах возрастает концентрация H+, и поэтому pH подземных вод зоны окисления может снижаться до 2 и менее. Поскольку при таком окислении происходит массовый переход элементов из низших валентностей в высшие (Fe2+-^Fe3+ и т. д.) и в подземных водах увеличивается концентрация компонентов в высших степенях окисления, то Eh этих вод соответственно возрастает до 750 мВ и более. Чем меньше pH вод зоны окисления и чем
*
336
выше их Eh, тем больше их окислительная активность по отношению к первичным сульфидам и тем значительнее в них концентрация меди, цинка, свинца и сопутствующих им .элементов (Fe, Mn, As, Mo и др.).
В процессе окисления большую роль играют микроорганизмы. Известно, что при наличии в подземных водах тио- и ферробактерий окисление сульфидов ускоряется во много раз, а концентрация продуктов окисления становится максимальной. Поэтому минимальные значения pH (<2) и максимальные Eh (>750 мВ) в подземных водах зоны окисления определяются только деятельностью этих бактерий.
Кислые воды, образующиеся в зоне окисления сульфидных месторождений, являются неравновесными с вмещающими породами и, разлагая их (Na, К, Ca, А1-силикат+Н++Н20 = као-линит+H4SiO4H-Na44, K+, Ca2+, Al3+), дополнительно обогащаются медью, цинком, свинцом, так как средние содержания последних в породах месторождений значительны (>п-10 г/т).
В результате рассмотренной совокупности процессов в зоне окисления сульфидных месторождений (особенно медноколче-данных) формируются кислые (pH до 1) воды S04(HS04)-H; SO4(HSO4J-Fe; SO4(HSO4)-Al состава с минерализацией до 300 г/л. Максимальные содержания элементов в них достигают, в г/л: Cu 46; Zn 50; Pb 0,125. Поэтому подземные воды сульфидных месторождений по содержаниям меди, цинка, свинца обычно достаточно резко выделяются на фоне их обычных (фоновых) концентраций в подземных водах аналогичных генетических типов.
В гидрогеохимических системах медь, цинк и свинец присутствуют преимущественно в двухвалентной форме, но известны также соединения одновалентной меди.
Общими и важнейшими свойствами меди, цинка, свинца, определяющими их миграцию в подземных водах, являются: а) низкие ПР гидроксидов (при 18—25°С ПРСи(он)2^2,2X
