Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Х10-20<ПР2п(он)я=3,4.10-17<ПРрь(он)2 = 1,4-10-20); это означает, что в системе Me2+—H2O pH начало осаждения элементов из 0,01 M раствора изменяется от 5,4 для меди до 6—7 для цинка и свинца; б) малые растворимости карбонатов (ПРрьсоз =3,6.10-^<ПР2псо3-5.10-11<ПРсисо3 =2,4-10'10); в) хорошая растворимость сульфатов (при 2O0C1 г/кг; ZnSO4541>CuSO4205>PbSO40,043 и хлоридов (при 20°С, г/кг: ZnCl2 3670> CuCl2 745> PbCl2 9,78); д) способность к образованию многочисленных растворимых комплексных соединений с неорганическими и органическими лигандами подземных вод (табл. 13.1).
Такие физико-химические свойства меди, цинка и свинца определяют, с одной стороны, многообразие их форм мигра-
22—1149
337
Таблица 13.1. рК комплексных соединений меди, цинка, свинца (18—250C)
Элемент Ступень комплексообразования Cl- •
Br-
• Cu2+
? 1 2 3 4 0—0,11 —0,52 -2,1 -4,6 0,3 — 2,3 Cu+ 1
2 3 2,7
4,94—5,54 5,14—5,7 5,89—8,1 8,76-8,9 9,4. Zn2+ 1
2 3 4
fr 0,43 0,0 0,5 1,0 — 2,3—2,49
? Pb2+ 1 2 3 4 1,43—1,64 1,75—2,26 1,7—2,08 1,4—2,15
W 1,15-1,77 1,92—2,60 2,8-3,3 2,2—3,5 1,93-2,3 3,15—3,68 3,9—5,52 3,8-6,2 2,2—2,75 3,5 ции в подземных водах, а с другой — разнообразие возможностей их осаждения из этих вод. Так, основные формы нахождения меди, цинка, свинца в наиболее кислых (рН<2) сульфатных водах месторождений составляют простые катионы Cu2+, Zn2+, Pb2+, а также их сульфатные и гидросульфатные соединения Cu(HSO4)+ Cu(SO4K2"71, Zn(SO4)«2"271, Pb(SO4)«2-2".
Экспериментально установлено, что в кислых водах обычно соблюдается следующий ряд неорганических форм миграции: катионы>нейтральные пары>анионы. При увеличении pH названные соединения дополняют комплексы меди, цинка, свинца с ОН", HCO3-: AJe(OH)n2-*, Me (HCO3) п2"п, а также смешанные соединения типа Me(SO4, ОН) пт. Известны также комплексные соединения цинка, меди и свинца с органическими веществами, особенно с фульвокислотами. Такие соединения особенно характерны для меди, поскольку их устойчивость велика (рК до 11).
В зоне гипергенеза имеется достаточно много процессов, выводящих медь, цинк и свинец из подземных вод. Так, в зонах окисления сульфидных месторождений реакции, приводящие к переводу меди, цинка и свинца из минералов в водную фазу, всегда сопровождаются реакциями противоположного знака, в результате которых эти элементы переходят в твер-
338
COj*- HCO3- -
S3O32- HS- OH- 1 6—6,8 10,0
? 3-3,4 12,3 25—36,! 6,3—7,0
12—13,68 15,2—17,0 16,1 — 18,5
E ? 10,27
12,2
13,84 ? •
5,5
—_
t . 3,0 2,2-2,4
? 14,5 15,7 4,1—5,0 10,15—11,3 13,14—14,37 14,66—15,51
6,0—7,0 8,2-9,!
* 3,0
4,77
5,23 2,42 4,86 6,2 7,2 '14,2—14,7 15,46 6,2-^6,9 10,3—10,9 13,3—13,9 дую фазу. Прежде всего, кислые воды с высокими содержаниями этих элементов реагируют с вмещающими породами
? 2CuSO°4 + 2CaCO3 + H2O = Cu2 (CO3) (OH)2 + 2CaSO4 + CO2
малахит
и окружающими водами Pb^++ CO32" = Pb CO3.
церрусит
Константы образования некоторых соединений меди, цинка, свинца, формирующихся в зоне окисления сульфидных месторождений, приведены в табл. 13.2. Образование этих соединений особенно интенсивно происходит в тех случаях, когда вмещающие породы представлены известняками, а подземные воды имеют высокие концентрации HCO3- и CO3-.
В таких случаях концентрации меди, цинка и свинца в подземных водах являются минимальными. Наоборот, при залегании сульфидов в силикатных породах подземные воды имеют максимальные концентрации элементов.
Проникновение кислых вод в нижние горизонты месторождений вызывает серию реакций с первичными сульфидами и сероводородом, присутствующими в водах этих горизонтов, и приводит к образованию минералов, более богатых медью.
22* 339
Таблица 13.2. Произведения активностей гипергенных соединений меди, цинка, свинца (по литературным данным)
Соединение Составляющие рПР Брошантит •
'?S042- 68,4 Малахит ?асо3>- 33,2 Азурит «'cu^'V 44,9 Тенорит 19,6 Атакамит 69,4 Смитсонит . V+ 10,3 Церуссит «рЬ2+-аС08*- 13,4 Гндроцеруссит •а2С032- 46,9
* CuSG°4+CuFeS2 = 2CuS+FeSO4;
халько- ков ел-пират лин
1 lCuSO°4 + 9CuFeS2 + 8H2O = 4Cu5FeS4 + 5FeSO4 + 8H2SO4;
борнит
? 14CuSO1WFeS2+ 12H2O «7Cu8S + 5FeSO,+ 12H2SO4;
халькозин
CuS0°4 + H2S = CuS + H2SO4 и т. д.
ко в ел -
ЛИН
Важным процессом, удаляющим медь, цинк, свинец из подземных вод сульфидных месторождений, является также соосаждение их с. гипергенными новообразованиями. Такими соосаждающими медь, цинк, свинец новообразованиями в ко-рах выветривания месторождений являются гидроксиды железа, марганца, алюминия, а также карбонаты, глины и органические вещества. По способности сорбироваться гипергенными новообразованиями рассматриваемые элементы образуют следующий ряд: Pb>Cu>Zn. Причина образования такого ряда — в закономерном уменьшении произведений растворимости гидроксидов, карбонатов и др. от цинка к свинцу.^ В связи с этим степень сорбируемости свинца и меди гидрок-сидами, карбонатами и др. гораздо большая по сравнению с цинком. Поэтому содержания цинка в подземных водах сульфидных месторождений обычно превышают содержания свинца и меди.
